Virtapiirien mallintaminenLaajuus (5 op)

Osaamistavoitteet

Opiskelija tuntee
- vaihtosähkön tehon käsitteet

Opiskelija osaa
- mallintaa piirejä, joissa on induktiivisesti kytkeytyneitä käämejä
- mallintaa piirien resonanssitilanteet ja hallitsee passiivisten perussuodattimien analyysin
- mallintaa piirien kytkentäilmiöt ja ymmärtää niiden oleelliset erot jatkuvuustilan (steady-state) piirimallinnukseen verrattuna

Sisältö

Vaihtosähkön teho: pätöteho, loisteho, näennäisteho, kompleksinen teho.

Keskinäisinduktanssin piirimallinnus: miten induktiivisesti kytketyt käämit otetaan huomioon piirianalyysissä, ideaalimuuntajan piirimalli.

Resonanssi sähköpiireissä: mitä resonanssi tarkoittaa, ja miten se ilmenee sähköpiireissä. Miten sähköpiirien resonanssitilanteet mallinnetaan.

Passiiviset suodatinkytkennät: miten alipäästö-, ylipäästö-, kaistanpäästö- ja kaistanestosuodattimet toteutetaan vastusten, käämien ja kondensaattorien avulla. Miten näitä suodatinkytkentöjä mallinnetaan jännitevahvistuksen siirtofunktion avulla.

Kytkentäilmiöt: miten kytkentäilmiöt ja muut sähköpiirien transienttitilanteet voidaan mallintaa. Kytkentäilmiöiden mallintaminen johtaa väistämättä differentiaaliyhtälöihin, joita opintojaksolla ratkaistaan sekä aikatasossa että Laplace-muunnoksen avulla.

Esitietovaatimukset

Tasa- ja vaihtosähköpiirit -opintojakson sisällön hallinta.

Arviointikriteerit, tyydyttävä (1-2)

Opiskelija osaa ratkaista yksinkertaisia tehtäviä kaikista kurssin keskeisistä aihepiireistä.

Arviointikriteerit, hyvä (3-4)

Opiskelija osaa ratkaista soveltavia tehtäviä vaihtosähkön tehosta, keskinäisinduktanssista, resonanssista, suodatinpiireistä ja piirien kytkentätilanteista. Soveltavien tehtävien ratkaiseminen edellyttää laskentarutiinin lisäksi keskeisten aihepiirien vahvaa ymmärrystä.

Arviointikriteerit, kiitettävä (5)

Opiskelija ymmärtää syvällisesti vaihtosähkön tehon käsitteet ja taustalla vaikuttavan oletuksen sähkösuureiden sinimuotoisuudesta. Opiskelija osaa mallintaa keskinäisinduktansseja sisältäviä sähköpiirejä ja ymmärtää, miten virtojen ja käämintäsuuntien muutokset vaikuttavat sähköpiirin toimintaan. Opiskelija osaa ratkaista sähköpiirien resonanssitilanteet ja ymmärtää sarja- ja rinnakkaisresonanssin vaikutusten eroavaisuudet. Opiskelija osaa suunnitella erilaisia suodatinkytkentöjä ja ymmärtää jännitevahvistuksen käyttäytymisen taajuuden funktiona. Opiskelija ymmärtää piirien kytkentäilmiöiden taustat ja osaa ratkaista erilaisia piirien kytkentäilmiöitä sekä aikatasossa että Laplace-muunnoksen avulla.