Electric Circuit Theory 1 (5 cr)

Objectives (course unit)

The student can
- understand the basic concepts of electrical circuits and understand their origin
- use current-voltage equations of circuit components for analyzing electrical circuits and understand the principles of basic components
- systematically analyze electrical circuits

In addition to analyzing skills, the student has a strong understanding that any circuit can be systematically solved by the Kirchhoff Voltage Law, Kirchhoff Power Law, and component current-voltage equations, and that the primary goal of various circuit resolution methods is merely to reduce the workload required for analysis.

Content (course unit)

Direct current circuits: options for connecting resistors, principles of circuit analysis, construction of different solution methods from Kirchhoff's laws.

Alternating current circuits: utilization of complex numbers in the description of alternating current quantities (pointer computation), impedance concept, repetition of computational methods using pointer computation.

Assessment criteria, satisfactory (1-2) (course unit)

The student is able to analyze simple DC and AC circuits.

Assessment criteria, good (3-4) (course unit)

The student understands the functional differences between DC and AC circuits. In addition, the student has such a strong routine for analyzing electrical circuits that the complexity of the task does not substantially complicate the task, but only increases the workload. The student has also developed a strong circuit reading skill, which is needed, for example, to simplify complex circuits. The calculation of AC power is smooth.

Assessment criteria, excellent (5) (course unit)

The student knows the background of circuit analysis so well that he understands that different solution methods are just the application of the same rules in different ways. As a result, the student is able to solve any circuit by any method and is aware that the difference between the methods is ultimately only in the workload. As a result of a strong understanding, the analysis of AC circuits is not substantially more difficult than DC power circuits.

Exam schedules

Opintojakson aikana pidetään kaksi välikoetta, joiden ajankohta ilmoitetaan myöhemmin. Jälkimmäinen välikoe toimii samalla kurssin tenttinä.

Assessment methods and criteria

Opintojakson kokonaissuorituksen arviointi perustuu välikoe- ja tenttitulokseen. Kurssin keskeisenä tavoitteena on oppia sähköpiirien järjestelmällistä analysointia, ja sen mittaaminen onnistuu varsin hyvin koetehtävillä.

Assessment scale

0-5

Teaching methods

Lähiopetus järjestetään siten, että teoriatuntien jälkeen järjestetään saman aihepiirin laskuharjoituksia, joiden tavoitteena on kerryttää välttämätöntä laskentarutiinia. Lähituntien itselaskemisen lisäksi harjoituksia jää tehtäväksi myös omalla ajalla.

Lähituntien lisäksi tarjolle tulee lyhytvideoita ja muuta sähköistä materiaalia opintojakson aihepiireistä.

Taustalla olevaa menetelmää kutsutaan kulmakivien menetelmäksi. Tähän palataan tarkemmin lähitunneilla ja tabulamateriaaleissa.

Learning materials

Kurssin suorittaminen onnistuu tabulassa jaettavien materiaalien avulla.

Vaikka kirja ei välttämätön kurssin suorittamiselle olekaan, kirjasuosituksina ovat:
- Piirianalyysi 1 ja Piirianalyysi 2 (Pertti Tarkka, Lauri Hietalahti / Edita)

Vahva laskinsuositus: TI-Nspire

Student workload

Opiskelijan kokonaisajankäyttö opintojaksolle on n. 135h, josta lähiopetuksen osuus on n. 56h.

Content scheduling

Opintojakson keskeinen tavoite on oppia sähköpiirien järjestelmällistä analysointia. Työ aloitetaan tasasähköpiireistä, joissa komponentit ovat yksinkertaisimpia. Tällöin siis piirilaskentasääntöjen lainalaisuudet pääsevät selvimmin esille. Kun tasasähköpiirit on hallussa, siirrytään vaihtosähköpiireihin. Niiden laskentasäännöt ovat täsmälleen samat kuin tasasähköpiireissä, mutta laskennasta tulee monimutkaisemman näköistä lisääntyneiden komponenttien ja kompleksilukuaritmetiikan seurauksena.

Opintojakson sisältö koostuu seuraavista aihepiireistä:

- Tasasähköpiirien käsitteet, rakenne ja komponentit
- Tasasähköpiirien laskenta- ja analysointimenetelmät
- Vaihtosähköpiireihin liittyvät käsitteet ja komponentit
- Vaihtosähköpiirien käsittely eri laskentamenetelmillä
- Vaihtosähköpiirin toiminnan analysointi
- Vaihtosähkön teho ja energia

Completion alternatives

välikokeet ja tentti

Practical training and working life cooperation

Opintojakson sisältö antaa valmiudet syventää sähkötekniikan käsitteiden, suureiden ja niiden välisten laskennallisten riippuvuussuhteiden osaamista. Opintojen aikaisissa harjoitteluissa tasa- ja vaihtosähköpiirien laskennallinen osaaminen antaa valmiudet ymmärtää käytännön ratkaisuissa tehtäviä valintoja ja perusteluja niille.

Further information

Lisätietoja annetaan opintojakson aikana lähiopetuskerroilla sekä sähköisesti tabulan kautta.
Yhteydet muihin opintojaksoihin:
- yhtälöiden muodostaminen ja niiden ratkaisu (Geometria ja vektorilaskenta)
- kompleksiset suureet, osoittimet ja osoitinlaskenta (Geometria ja vektorilaskenta)
- lineaaristen yhtälöryhmien matriisimuotoinen ratkaisu (Funktiot ja matriisit)
- resistiivisyyden lämpötilariippuvuus (Lämpö- ja virtausoppi)
- tasa- ja vaihtosähkötekniikan käsitteellinen osaaminen, mittalaitteet ja mittausten suorittaminen (Sähkötekniikan perusteet)

Assessment criteria - satisfactory (1-2) (Not in use, Look at the Assessment criteria above)

Opiskelija osaa analysoida yksinkertaisia tasa- ja vaihtosähköpiirejä.

Assessment criteria - good (3-4) (Not in use, Look at the Assessment criteria above)

Opiskelija suoriutuu opintojaksosta hyvällä arvosanalla, kun osaaminen sijoittuu tyydyttävän ja kiitettävän välille.

Assessment criteria - excellent (5) (Not in use, Look at the Assessment criteria above)

Opiskelijalla on vahva kokonaiskäsitys sähköpiirien analysoinnista. Hän ymmärtää kulmakivien menetelmän seurauksena sen, että erilaiset piirienratkaisumenetelmät ovat vain samojen perussääntöjen soveltamista hieman eri näkökulmista. Tämän seurauksena mikä tahansa piiri voidaan ratkaista millä tahansa menetelmällä, ja eri menetelmien eroavaisuus näkyy vain tarvittavassa työmäärässä. Lisäksi opiskelija ymmärtää sen, että vaihtosähköpiirien analysointi on yksinkertaisinta kompleksilukujen avulla. Koska kyse on vaihtosähköpiirien jatkuvuustilan (steady-state) analyysistä, jännitteiden ja virtojen hetkellisarvot voidaan korvata kompleksiluvuilla mekaanisen laskentatyön helpottamiseksi.

Vahvan perusymmärryksen lisäksi opiskelija osaa ratkaista minkä tahansa sähköpiirin millä tahansa menetelmällä. Vahvasta osaamisesta seuraa myös se, että kytkennän monimutkaistuminen ei tee tehtävästä varsinaisesti vaikeampaa, vaan ainostaan ratkaisemiseen vaadittava työmäärä kasvaa.