Passiiviset piirikomponentit. 1 DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

Samankaltaiset tiedostot
Luento 2. SMG-2100 Sähkötekniikka Risto Mikkonen

Luento 2. 1 DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

DEE-11110: SÄHKÖTEKNIIKAN PERUSTEET

Luento 2. DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

SMG-2100: SÄHKÖTEKNIIKKA

SMG-1100: PIIRIANALYYSI I

Luento 1. 1 DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

Luento 1 / SMG-1100 Piirianalyysi I Risto Mikkonen

DEE Sähkötekniikan perusteet

Aktiiviset piirikomponentit. DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

Coulombin laki. Sähkökentän E voimakkuus E = F q

järjestelmät Diskreettiaikaiset järjestelmät aikatason analyysi DEE Lineaariset järjestelmät Risto Mikkonen

järjestelmät Luku 2 Diskreettiaikaiset järjestelmät - aikataso DEE Lineaariset järjestelmät Risto Mikkonen

SMG-5250 Sähkömagneettinen yhteensopivuus (EMC) Jari Kangas Tampereen teknillinen yliopisto Elektroniikan laitos

Maxwell ja hänen yhtälönsä mitä seurasi?

Johdatus vaihtosähköön, sinimuotoiset suureet. DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

SATE2180 Kenttäteorian perusteet Induktanssi ja magneettipiirit Sähkötekniikka/MV

Maxwell ja hänen yhtälönsä mitä seurasi?

Magneettinen energia

SMG-1100: PIIRIANALYYSI I

Erään piirikomponentin napajännite on nolla, eikä sen läpi kulje virtaa ajanhetkellä 0 jännitteen ja virran arvot ovat. 500t.

SMG-2100: SÄHKÖTEKNIIKKA. Kirchhoffin lait Aktiiviset piirikomponentit Resistiiviset tasasähköpiirit

sähköverkossa Suprajohtavan käämin suunnitteluperiaatteita eri käämigeometriat (Cont,) 1 Suprajohtavuus sähköverkossa Risto Mikkonen

DEE-11110: SÄHKÖTEKNIIKAN PERUSTEET. Kirchhoffin lait Aktiiviset piirikomponentit Resistiiviset tasasähköpiirit

Sähköstatiikka ja magnetismi Sähkömagneetinen induktio

4. SÄHKÖMAGNEETTINEN INDUKTIO

SÄHKÖ KÄSITTEENÄ. Yleisnimitys suurelle joukolle ilmiöitä ja käsitteitä:

DEE-11110: SÄHKÖTEKNIIKAN PERUSTEET

Luento 6. DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

RATKAISUT: 22. Vaihtovirtapiiri ja resonanssi

Luku Ohmin laki

Suprajohteet. 19. syyskuuta Syventävien opintojen seminaari Suprajohteet. Juho Arjoranta

Sähkötekniikka ja elektroniikka

Yleisimmät käämigeometriat. 1 DEE Suprajohtavuus Risto Mikkonen

Elektroniikan perusteet, Radioamatööritutkintokoulutus

DEE Sähkötekniikan perusteet

Mittalaitetekniikka. NYMTES13 Vaihtosähköpiirit Jussi Hurri syksy 2014

PIIRIANALYYSI. Harjoitustyö nro 7. Kipinänsammutuspiirien mitoitus. Mika Lemström

Kondensaattori ja vastus piirissä (RC-piiri)

Kuva 8.1 Suoran virrallisen johtimen magneettikenttä (A on tarkastelupiste). /1/

Silmukkavirta- ja solmupistemenetelmä. 1 DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

Elektroniikan perusteet, Radioamatööritutkintokoulutus

DEE Sähkötekniikan perusteet

Kapasitiivinen ja induktiivinen kytkeytyminen

SÄHKÖSTATIIKKA JA MAGNETISMI. NTIETS12 Tasasähköpiirit Jussi Hurri syksy 2013

Sähkötekniikka ja elektroniikka

DEE Sähkötekniikan perusteet

kipinäpurkauksena, josta salama on esimerkki.

SÄHKÖTEKNIIKKA. NTUTAS13 Tasasähköpiirit Jussi Hurri kevät 2015

sähköverkossa Yksikön toiminta, suprajohtavat materiaalit Suprajohtavuus sähköverkossa Risto Mikkonen

SÄHKÖTEKNIIKKA. NBIELS13 Tasasähköpiirit Jussi Hurri syksy 2015

1. Tasavirta. Virtapiirin komponenttien piirrosmerkit. Virtapiiriä havainnollistetaan kytkentäkaaviolla

ELEC-C3230 Elektroniikka 1. Luento 1: Piirianalyysin kertaus (Lineaariset vahvistinmallit)

SMG-2100: SÄHKÖTEKNIIKKA

Fysiikka 7. Sähkömagnetismi

SMG-2100: SÄHKÖTEKNIIKKA

Sähkömagnetismi. s. 24. t syyskuuta :01. FY7 Sivu 1

Nb 3 Sn (niobitina): - LTS-materiaali - suprajohtavat Nb 3 Sn-säikeet upotettuina pronssimatriisiin - keskellä diffuusiosuoja ja stabiloiva kupari

Kondensaattori ja vastus piirissä (RC-piiri)

Sähkötekniikka. NBIELS12 Vaihtosähköpiirit Jussi Hurri syksy 2014

Luento 4 / 12. SMG-1100 Piirianalyysi I Risto Mikkonen

Sähköiset perussuureet. 1 DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

Yleistä sähkömagnetismista SÄHKÖMAGNETISMI KÄSITEKARTTANA: Varaus. Coulombin voima Gaussin laki. Dipoli. Sähkökenttä. Poissonin yhtälö.

Elektrodynamiikka 2010 Luennot Elina Keihänen Magneettinen energia

FY6 - Soveltavat tehtävät

ELEC-A4130 Sähkö ja magnetismi (5 op)

Faradayn laki ja sähkömagneettinen induktio

SATE1040 Piirianalyysi IB kevät /6 Laskuharjoitus 5: Symmetrinen 3-vaihejärjestelmä

Sähköstatiikan laskuissa useat kaavat yksinkertaistuvat hieman, jos vakio C kirjoitetaan muotoon

DEE Sähkötekniikan perusteet

14.1 Tasavirtapiirit ja Kirchhoffin lait R 1. I 1 I 3 liitos + - R 2. silmukka. Kuva 14.1: Liitoksen, haaran ja silmukan määrittely virtapiirissä.

4. Gaussin laki. (15.4)

Magneettikenttä ja sähkökenttä

SMG-5250 Sähkömagneettinen yhteensopivuus (EMC) Jari Kangas Tampereen teknillinen yliopisto Elektroniikan laitos

RATKAISUT: 18. Sähkökenttä

vetyteknologia Polttokennon tyhjäkäyntijännite 1 DEE Risto Mikkonen

DEE Aurinkosähkön perusteet

Vyöteoria. Orbitaalivyöt

VASTUSMITTAUKSIA. 1 Työn tavoitteet

Sähkömagneettinen induktio

Lineaarialgebra MATH.1040 / Piirianalyysiä 2

SMG-5250 Sähkömagneettinen yhteensopivuus (EMC) Jari Kangas Tampereen teknillinen yliopisto Elektroniikan laitos

Elektroniikka. Tampereen musiikkiakatemia Elektroniikka Klas Granqvist

Luku 23. Esitiedot Työ, konservatiivinen voima ja mekaaninen potentiaalienergia Sähkökenttä

Johdanto, suprajohtavat materiaalit. DEE Suprajohtavuus

Fysiikka 1. Kondensaattorit ja kapasitanssi. Antti Haarto

Pynnönen Opiskelija: Tarkastaja: Arvio:

Elektroniikka ja sähkötekniikka

Aiheena tänään. Virtasilmukka magneettikentässä Sähkömagneettinen induktio. Vaihtovirtageneraattorin toimintaperiaate Itseinduktio

Tehtävä 1. a) sähkövirta = varausta per sekunti, I = dq dt = 1, A = 1, C s protonin varaus on 1, C

Luento 1. 1 SMG-1100 Piirianalyysi I

Kuva 1: Vaihtovirtapiiri, jossa on sarjaan kytkettynä resistanssi, kapasitanssi ja induktanssi

Magneettikenttä. Liikkuva sähkövaraus saa aikaan ympärilleen sähkökentän lisäksi myös magneettikentän

a P en.pdf KOKEET;

2.2 Energia W saadaan, kun tehoa p(t) integroidaan ajan t suhteen. Täten akun kokonaisenergia W tot saadaan lausekkeesta ( )

SATE2180 Kenttäteorian perusteet Faradayn laki ja sähkömagneettinen induktio Sähkötekniikka/MV

Sähkömagnetismia. Coulombin laki väliaineessa Eristeessä vuorovaikutus on heikompi kuin tyhjiössä. Varaus on kvantittunut suure eli, missä n = 1,2,3

FYSP105/2 VAIHTOVIRTAKOMPONENTIT. 1 Johdanto. 2 Teoreettista taustaa

a) Kuinka pitkän matkan punnus putoaa, ennen kuin sen liikkeen suunta kääntyy ylöspäin?

Transkriptio:

DEE-11000 Piirianalyysi Passiiviset piirikomponentit 1 DEE-11000 Piirianalyysi Risto Mikkonen

Passiiviset piirikomponentit - vastus Resistanssi on sähkövastuksen ominaisuus. Vastuksen yli vaikuttava jännite on suoraan verrannollinen sen läpi kulkevaan virtaan. Resistanssin käänteisarvo on konduktanssi G ( siis sähkönjohtavuuden ominaisuus) I GU OHMIN LAKI UR I [G] = A V S (Siemens) [R] = V A (ohmi) 2 DEE-11000 Piirianalyysi Risto Mikkonen

Vastus - resistanssi Johteissa jännite on suoraan verrannollinen virtaan. Resistanssi on johdekappaleen malli. Oikosulku on ideaalijohteen malli. Avoin piiri on ideaalieristeen malli. 3 DEE-11000 Piirianalyysi Risto Mikkonen

Vastus - recap Vastus on komponentti, jossa sähköenergiaa muuttuu lämpöenergiaksi (esim. sähkökiuas, silitysrauta, jne...). Kun elektronit kulkevat johteessa, ne törmäilevät toisiinsa ja materiaalin kiderakenteeseen. Törmäyksissä elektronien liikeenergiaa muuttuu lämpöenergiaksi. Ohmin laki: vastuksen yli oleva jännite U R on suoraan verrannollinen vastuksen virtaan I R. Verrannollisuuskerroin on resistanssi R. Mitä enemmän materiaali vastustaa elektronien liikettä, sitä suurempi on resistanssi R. Johtokyky eli konduktanssi G (Siemens, S) on on resistanssin käänteisluku. 4 DEE-11000 Piirianalyysi Risto Mikkonen

Ohmin laki 5 DEE-11000 Piirianalyysi Risto Mikkonen Georg Simon Ohm 1789-1854

Resistiivisyys / resistanssi Aineen resistiivisyys r liittää sähkökentän E ja kentän aiheuttaman virrantiheyden J toisiinsa. Siis E = J r E U ; L I J A R U I E L J A J r L J A L r A 6 DEE-11000 Piirianalyysi Risto Mikkonen

r T = r 20 (1 + a (T 20 0 C) ) Aine r / m (20 0 C) a / K -1 Alumiini 2.38 x 10-8 0.0037 Hiili 6 8 x 10-5 -0.2-8 x 10-3 Hopea 1.63 x 10-8 0.0038 Kupari 1.78 x 10-8 0.0039 Valurauta 2 8 x 10-7 Vesi, puhdas 250 000 7 DEE-11000 Piirianalyysi Risto Mikkonen

Passiiviset piirikomponentit - kondensaattori 8 DEE-11000 Piirianalyysi Risto Mikkonen Michael Faraday1791-1867

Kondensaattori Kondensaattorin pääominaisuus on kapasitanssi C, joka ilmoittaa, kuinka suuren varauksen järjestelmä varastoi yhtä jänniteyksikköä kohti. Energiaa varastoiva elementti (energia varastoituu kondensaattorin sähkökenttään). Q CU C As V (faradi) F 9 DEE-11000 Piirianalyysi Risto Mikkonen

Kondensaattori (Cont.) Sähkövaraus Q i( t) dt Q0 Q 0 on kondensaattorin alkuvaraus Siis U 1 C 1 C ( i( t) dt Q ( i( t) dtu 0 0 Toisin sanoen i( t) C du( t) dt Miten kondensaattori näkyy tasasähköpiirissä? 10 DEE-11000 Piirianalyysi Risto Mikkonen

Kondensaattori - kapasitanssi Mikä tahansa rakenne, joka koostuu eristeellä erotetuista johteista, muodostaa kondensaattorin. Kapasitanssi on sähkökentän malli. Kapasitanssi vastaa tasavirralla avointa piiriä. 11 DEE-11000 Piirianalyysi Risto Mikkonen

Kondensaattori - recap Kondensaattori on komponentti, joka varastoi sähköenergiaa levyjensä väliseen sähkökenttään. Levyjen välissä on varauksia läpäisemätön eriste, ja siksi kondensaattorin virta voi poiketa nollasta vain silloin, kun kondensaattorin levyjen välinen jännite muuttuu. Tämän seurauksena kondensaattorin virta i C on suoraan verrannollinen levyjen välisen jännitteen u C muutosnopeuteen. Verrannollisuuskerroin on kapasitanssi C: i C ( t) C duc ( t) dt 1 t u i dt U C 0 C C 0 t 12 DEE-11000 Piirianalyysi Risto Mikkonen

Levykondensaattorin kapasitanssi d levyjen välinen etäisyys e 0 tyhjiön permittiivisyys S levyn pinta-ala e r suhteellinen permittiivisyys e As V m m 2 F m Permittiivisyys on suure, joka kuvaa, miten väliaine vaikuttaa sähkökenttään. 13 DEE-11000 Piirianalyysi Risto Mikkonen

Passiiviset piirikomponentit - käämi Käämi on energiaa varastoiva elementti, jossa energia varastoituu virrallisen käämin luomaan magneettikenttään. 14 DEE-11000 Piirianalyysi Risto Mikkonen

Käämi Käämin pääominaisuus on induktanssi, joka on ns. käämivuon suhde käämin kautta kulkevaan virtaan. L i N i Joseph Henry 1797-1878 15 DEE-11000 Piirianalyysi Risto Mikkonen

Käämi (Cont.) Käämivuo u( t) dt 0 Käämin yli oleva jännite on käämivuon muutosnopeus, jolloin Edelleen 1 i( t) I L ( u( t) dt 0 I 0 on käämin virta integroinnin alkuhetkellä. d( t) u( t) dt L di( t) dt Miten käämi näkyy tasasähköpiirissä? Käämin ns. elementtiyhtälö 16 DEE-11000 Piirianalyysi Risto Mikkonen

Käämi - induktanssi Mikä tahansa rakenne, joka sisältää virrallisen johtimen, muodostaa käämin (kelan). Magneettikenttä on liikkuviin varauksiin eli virtoihin vaikuttava voimakenttä. Induktanssi on magneettikentän malli. Induktanssi vastaa tasavirralla oikosulkua. 17 DEE-11000 Piirianalyysi Risto Mikkonen

Käämi - recap Käämi on komponentti, joka varastoi sähköenergiaa käämiä ympäröivään magneettikenttään. Ampère: Virrallista johdinta ympäröi magneettikenttä. Magneettikenttää saadaan voimistettua tekemällä johtimesta käämi. Faraday: Magneettikentän muutos ajan suhteen indusoi jännitteen sähköä johtavaan kappaleeseen. Siksi käämin yli indusoituu jännite, kun käämin virta muuttuu. Tämän seurauksena käämin yli oleva jännite u L on suoraan verrannollinen käämin virran i L muutosnopeuteen. d( t) u( t) dt di( t) L dt 1 i( t) u( t) dt I L ( 0 18 DEE-11000 Piirianalyysi Risto Mikkonen

Suprajohtava käämi tehokas energiavarasto r = 0 B = 0, T < T c materiaalin sisällä 19 DEE-11000 Piirianalyysi Risto Mikkonen Heike Kamerling Onnes 1853-1926

Suprajohtavuus NbTi / Cu -suprajohdin Kriittiset suureet: T c J c B c LTS matalan lämpötilan suprajohteet (NbTi, Nb 3 Sn) HTS korkean lämpötilan suprajohteet (Bi-2212, Bi-2223, YBCO) MTS MgB 2 20 DEE-11000 Piirianalyysi Risto Mikkonen

Suprajohtavuus sähköenergiatekniikassa 21 DEE-11000 Piirianalyysi Risto Mikkonen

Suprajohtavuus sähköenergiatekniikassa 22 DEE-11000 Piirianalyysi Risto Mikkonen

Suprajohtavuus lääketieteessä - MRI Cumulative number of MRI superconducting magnets sold 1.5 T Superconducting magnets 1 W at 4 K Non-magnetic regenerators >7000 4 K cryocoolers since 1995 Tumor 23 DEE-11000 Piirianalyysi Risto Mikkonen Finland 15.6.2011

Röntgen vs MRI 24 DEE-11000 Piirianalyysi Risto Mikkonen

Review Question 2 Kondensaattorin, C = 4700 mf, Q 0 = 141 mc, virta laskee 3 sekunnissa arvosta 3 A arvoon 1 A. Kyseisellä aikavälillä kondensaattorin yli oleva jännite on A) B) C) D) 1276.6 V 141.8 V 1306.6 V 171.8 V 25 DEE-11000 Piirianalyysi Risto Mikkonen

Esimerkki Piirielementin virta laskee 3 sekunnissa arvosta 3 A arvoon 1 A. Määritä elementin yli oleva jännite aikavälillä, kun piirielementti on A) vastus, R = 10 B) käämi, L = 3 mh 26 DEE-11000 Piirianalyysi Risto Mikkonen

Passiiviset piirikomponentit - yhteenveto U=RI i=c(du/dt) u=l(di/dt) 27 DEE-11000 Piirianalyysi Risto Mikkonen

Passiiviset piirikomponentit yhteenveto 28 DEE-11000 Piirianalyysi Risto Mikkonen