Obwody i sygnały I
Podstawowe informacje o zajęciach
Cel kształcenia i wykaz literatury
Główny cel kształcenia:
Zapoznanie studentów z podstawowymi metodami analizy obwodów elektrycznych prądu stałego, prądu sinusoidalnie zmiennego oraz prądu okresowego niesinusoidalnego, a także z obwodami nieliniowymi prądu stałego.
Ogólne informacje o zajęciach:
W01: Zasady zaliczenia modułu. Literatura. Rys historyczny (Ohm, Volt, Amper, Kirchhoff, Faraday i inni).
Jednostki miar w elektrotechnice. Podstawowe pojęcia (ładunek, napięcie, prąd, moc, energia).
Klasyfikacja i podział elementów, sygnałów i obwodów elektrycznych.
W02: Prąd stały. Prawo Ohma i Prawa Kirchhoffa. Elementy obwodu. Łączenie szeregowe i równoległe elementów.
Wyznaczanie rezystancji zastępczej obwodu. Przekształcenie gwiazda – trójkąt. Obliczanie rozpływu prądów w gałęziach
obwodów i spadków napięć na elementach.
W03: Rzeczywiste i idealne źródła Napięcia i prądu, niesterowane i sterowane. Zamiana rzeczywistego źródła
napięcia na rzeczywiste źródło prądu (i odwrotnie). Zasada równoważności obwodów. Dzielniki oporowe napięcia i prądu.
Zasada dualności, superpozycji i kompensacji.
W04: Bilans mocy. Dopasowanie odbiornika do źródła. Sprawność rzeczywistych źródeł prądu i napięcia.
Twierdzenie Thevenina. Twierdzenie Nortona.
W05: Metoda praw Kirchhoffa, metoda oczkowa i metoda węzłowa. Przenoszenie źródeł (tw. Vaschy'ego).
W06-W07: Przykłady obliczania obwodów prądu stałego przy zastosowaniu omówionych metod, zasad i twierdzeń.
W08: Obwody liniowe prądu sinusoidalnie zmiennego. Parametry sygnału harmonicznego i jego opis symboliczny. Związki
pomiędzy napięciem i prądem dla elementów R, L i C. Pojęcie Impedancji, reaktancji, susceptancji. Wektory wirujące.
Metoda symboliczna amplitud zespolonych. Podstawowe prawa w postaci zespolonej. Modyfikacja metod analizy obwodów
prądu stałego do analizy obwodów prądu zmiennego.
W09: Moc czynna, bierna i pozorna. Współczynnik mocy. Zjawisko rezonansu w układach elektrycznych. Rezonans szeregowy i równoległy.
Pojęcie dobroci układu rezonansowego. Przykłady obliczeniowe.
W10: Obwody ze Sprzężeniami magnetycznymi. Współczynnik sprzężenia. Indukcyjność własna i wzajemna. Sprzężenie dodatnie i ujemne.
reguły eliminacji sprzężeń magnetycznych. Analiza obwodów ze sprzężeniami. Obliczanie obwodów prądu sinusoidalnie zmiennego
przy zastosowaniu omówionych metod, zasad i twierdzeń (zastosowanie liczb zespolonych).
W11-W12: Analiza obwodów przy wymuszeniach okresowych niesinusoidalnyc. Przykłady sygnałów okresowych. Odwzorowanie sygnałów okresowych
za pomocą Szeregu Fouriera. Wielkości charakteryzujące sygnały okresowe. Moc czynna, bierna, pozorna, odkształcenia.
Analiza obwodów z sygnałami okresowymi niesinusoidalnymi - przykłady obliczeniowe.
W14-W15: Nieliniowe obwody prądu stałego. Klasyfikacja elementów nieliniowych. Parametry statyczne i dynamiczne.
Metody analizy obwodów nieliniowych prądu stałego (graficzne, analityczne). Przykłady obliczeniowe.
Laboratorium:
Część symulacyjna:
L01- analiza i symulacja obwodów liniowych prądu stałego,
L02- analiza i symulacja obwodów liniowych prądu sinusoidalnie zmiennego,
L03- analiza i symulacja obwodów liniowych prądu okresowego niesinusoidalnego,
L04- analiza i symulacja obwodów nieliniowych prądu stałego,
Część zjawiskowa:
L05- obwody prądu stałego,
L06- sygnały w obwodzie RLC,
L07- rezonans w obwodach RLC,
L08- badanie obwodów sprzężonych magnetycznie
Materiały dydaktyczne:
Materiały dydaktyczne (pliki do zajęć laboratoryjnych) dostępne na stronie: http://nwpei.prz.edu.pl/
Wykaz literatury, wymaganej do zaliczenia zajęć
| 1 | S. Osowski, K. Siwek, M. Smiałek | Teoria obwodów | WNT, Warszawa. | 2007 |
| 2 | J. Osiowski, J. Szabatin | Podstawy teorii obwodów,Tom 1 Tom 2 | WNT, Warszawa. | 2000 |
| 3 | S. Bolkowski: | Obwody elektryczne | WNT, Warszawa. | 2000 |
| 4 | A. Szczepański, M. Trojnar | Obwody i Sygnały | Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej. | 2006 |
| 5 | A. Szczepański, M. Trojnar | Teoria sygnałów i obwodów elektrycznych. Symulacja komputerowa | Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej. | 2011 |
| 1 | A. Szczepański, M. Trojnar | Obwody i Sygnały. Laboratorium komputerowe. Instrukcje do ćwiczeń. | Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej. | 2014 |
| 2 | R. Dmytryszyn, M. Gołębiowski, W. Posiewała, M. Trojnar | Obwody i Sygnały cz.1 | Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej. | 2011 |
| 3 | M. Trojnar | Obwody i Sygnały cz.1. Zbiór zadań | Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej. | 2013 |
| 1 | Literatura podana wyżej | a także materiały w Internecie | -. | - |
| 2 | R. Dorf | Introduction to Electric Circuits | Jon Wiley & Sons, New York. | 1989 |
Wymagania wstępne w kategorii wiedzy / umiejętności / kompetencji społecznych
Wymagania formalne:
Matematyka: rozwiązywanie równań algebraicznych, funkcje trygonometryczne, liczby zespolone. Fizyka: podstawowe prawa fizyki elektryczności i magnetyzmu
Wymagania wstępne w kategorii Wiedzy:
Ma wiedzę w zakresie równań matematycznych, funkcji trygonometrycznych, liczb zespolonych oraz podstawowych praw fizyki
Wymagania wstępne w kategorii Umiejętności:
Potrafi rozwiązywać równania liniowe, operować z liczbami zespolonymi, wykonywać różniczkowanie prostych równań
Wymagania wstępne w kategorii Kompetencji społecznych:
Ma świadomość odpowiedzialności za pracę własną oraz gotowość podporządkowania się zasadom pracy w zespole
Efekty uczenia się
| MEK | Student, który zaliczył zajęcia | Formy zajęć/metody dydaktyczne prowadzące do osiągnięcia danego efektu uczenia się | Metody weryfikacji każdego z wymienionych efektów uczenia się | Związki z KEK | Związki z OEK |
|---|---|---|---|---|---|
| MEK01 | Potrafi rozwiązywać analitycznie i za pomocą programów komputerowych obwody elektryczne i elektroniczne prądu stałego | wykład, ćwiczenia rachunkowe, laboratorium | egzamin cz. pisemna/ustna, kolokwium |
K-W03++ K-W23++ K-U01++ K-U05++ K-U26+++ K-K01+ K-K03+ |
W03+ W05++ U01+++ U05++ U14+ InzA-U06+ K03+ |
| MEK02 | Potrafi rozwiązywać analitycznie i za pomocą programów komputerowych obwody elektryczne i elektroniczne prądu sinusoidalnie zmiennego, przy użyciu liczb zespolonych, operacji na funkcjach trygonometrycznych, całkowania i różniczkowania i rozwiązywania równań algebraicznych. | wykład, ćwiczenia rachunkowe, laboratorium | egzamin cz. pisemna/ustna, kolokwium |
K-W03+ K-U05++ K-K03+ |
W05+ U05++ K03+ |
| MEK03 | Potrafi rozwiązywać analitycznie i za pomocą programów komputerowych obwody elektryczne prądu okresowego niesinusoidalnego. | wykład, ćwiczenia rachunkowe, laboratorium | egzamin cz. pisemna/ustna, kolokwium |
K-W23+ K-U05+ K-K03+ |
W03+ U05+ K03+ |
| MEK04 | Potrafi rozwiązywać analitycznie i za pomocą programów komputerowych nieliniowe obwody elektryczne i elektroniczne prądu stałego | wykład, ćwiczenia rachunkowe, laboratorium | egzamin cz. pisemna/ustna, kolokwium |
K-W03+ K-U01+ K-K03+ |
W05+ U01+ K03+ |
Treści programowe
| Sem. | TK | Treści programowe | Realizowane na | MEK |
|---|---|---|---|---|
| 2 | TK01 | W01-W07, L01, L02 | MEK01 | |
| 2 | TK02 | W08-W11, L03, L06, L07, L08 | MEK02 | |
| 2 | TK03 | W12-W13, L04 | MEK03 | |
| 2 | TK04 | W14-W15, L05 | MEK04 |
Nakład pracy studenta
| Forma zajęć | Praca przed zajęciami | Udział w zajęciach | Praca po zajęciach |
|---|---|---|---|
| Wykład (sem. 2) | Przygotowanie do kolokwium:
15.00 godz./sem. |
Godziny kontaktowe:
45.00 godz./sem. |
Uzupełnienie/studiowanie notatek:
15.00 godz./sem. Studiowanie zalecanej literatury: 10.00 godz./sem. Inne: 10.00 godz./sem. |
| Laboratorium (sem. 2) | Przygotowanie do laboratorium:
10.00 godz./sem. Przygotowanie do kolokwium: 15.00 godz./sem. Inne: 10.00 godz./sem. |
Godziny kontaktowe:
30.00 godz./sem. |
Dokończenia/wykonanie sprawozdania:
15.00 godz./sem. Inne: 4.00 godz./sem. |
| Konsultacje (sem. 2) | Przygotowanie do konsultacji:
2.00 godz./sem. |
Udział w konsultacjach:
2.00 godz./sem. |
|
| Egzamin (sem. 2) | Przygotowanie do egzaminu:
30.00 godz./sem. |
Egzamin pisemny:
2.00 godz./sem. Egzamin ustny: 2.00 godz./sem. Inne: 20.00 godz./sem. |
Sposób ustalania ocen cząstkowych i końcowej
| Forma zajęć | Sposób ustalania ocen |
|---|---|
| Wykład | Egzamin pisemny (5 zadań i 12 pytań/zadań testowych) i ewentualnie dodatkowy egzamin ustny dla osób, które otrzymają liczbę punktów bliską liczbie punktów gwarantujących ocenę dostateczną (osoby, których pisemne prace egzaminacyjne otrzymały pozytywne oceny i które posiadały dobre wyniki zaliczenia laboratorium są zwolnione z egzaminu ustnego). Warunkiem dopuszczenia do egzaminu jest wcześniejsze uzyskanie zaliczenia Laboratorium – zarówno części komputerowej, jak i części zjawiskowej. |
| Laboratorium | Warunkiem zaliczenia Laboratorium (zarówno części komputerowej, jak i części zjawiskowej) jest uzyskanie pozytywnych wyników wszystkich sprawdzianów (kolokwia) oraz zrealizowanie wszystkich przewidzianych w semestrze zajęć laboratoryjnych oraz wykonanie sprawozdań z zajęć laboratoryjnych. |
| Ocena końcowa |
Przykładowe zadania
Wymagane podczas egzaminu/zaliczenia
(-)
Realizowane podczas zajęć ćwiczeniowych/laboratoryjnych/projektowych
(-)
Inne
(-)
Czy podczas egzaminu/zaliczenia student ma możliwość korzystania z materiałów pomocniczych : nie