ISC0100 KÜBERELEKTROONIKA

Σχετικά έγγραφα
ISC0100 KÜBERELEKTROONIKA

Eksamite kohta näpunäited tudengile; õppejõududel lugemine keelatud!

Teaduskool. Alalisvooluringid. Koostanud Kaljo Schults

1. Mida nimetatakse energiaks ning milliseid energia liike tunnete? Energia on suurus, mis iseloomustab keha võimet teha tööd. Liigid: mehaaniline

9. AM ja FM detektorid

Ruumilise jõusüsteemi taandamine lihtsaimale kujule

PRAKTILINE ELEKTROONIKA

Geomeetrilised vektorid

Kompleksarvu algebraline kuju

Sissejuhatus mehhatroonikasse MHK0120

Funktsiooni diferentsiaal

HAPE-ALUS TASAKAAL. Teema nr 2

ISS0050 MÕÕTMINE. Teine loeng

Graafiteooria üldmõisteid. Graaf G ( X, A ) Tippude hulk: X={ x 1, x 2,.., x n } Servade (kaarte) hulk: A={ a 1, a 2,.., a m } Orienteeritud graafid

Lokaalsed ekstreemumid

ISC0100 KÜBERELEKTROONIKA

MATEMAATIKA TÄIENDUSÕPE MÕISTED, VALEMID, NÄITED, ÜLESANDED LEA PALLAS VII OSA

MATEMAATIKA TÄIENDUSÕPE MÕISTED, VALEMID, NÄITED LEA PALLAS XII OSA

28. Sirgvoolu, solenoidi ja toroidi magnetinduktsiooni arvutamine koguvooluseaduse abil.

1. Soojuskiirguse uurimine infrapunakiirguse sensori abil. 2. Stefan-Boltzmanni seaduse katseline kontroll hõõglambi abil.

Elekter ja magnetism. Elektrostaatika käsitleb paigalasuvate laengute vastastikmõju ja asetumist

Arvuteooria. Diskreetse matemaatika elemendid. Sügis 2008

Planeedi Maa kaardistamine G O R. Planeedi Maa kõige lihtsamaks mudeliks on kera. Joon 1

Vektorid II. Analüütiline geomeetria 3D Modelleerimise ja visualiseerimise erialale

PLASTSED DEFORMATSIOONID

Nelja kooli ühiskatsete näidisülesanded: füüsika

2.2.1 Geomeetriline interpretatsioon

TARTU ÜLIKOOL. Teaduskool. Magnetism. Koostanud Urmo Visk

DEF. Kolmnurgaks nim hulknurka, millel on 3 tippu. / Kolmnurgaks nim tasandi osa, mida piiravad kolme erinevat punkti ühendavad lõigud.

6 Vahelduvvool. 6.1 Vahelduvvoolu mõiste. Vahelduvvooluks nimetatakse voolu, mille suund ja tugevus ajas perioodiliselt muutub.

Füüsika täiendusõpe YFR0080

5 Elektrimahtuvus. 5.1 Elektrilaeng ja elektriväli (põhikooli füüsikakursusest) 5.2 Mahtuvuse mõiste Q C = U

,millest avaldub 21) 23)

1.2 Elektrodünaamiline jõud

Kui ühtlase liikumise kiirus on teada, saab aja t jooksul läbitud teepikkuse arvutada valemist

Keemia lahtise võistluse ülesannete lahendused Noorem rühm (9. ja 10. klass) 16. november a.

Deformatsioon ja olekuvõrrandid

Elektromagnetism VIII OSA ELEKTROMAGNETILINE INDUKTSIOON

Töö nr. 4. Alalis- ja vahelduvvool. Elekter igapäevaelus. Mõõtmine universaalmõõturiga (testriga).

Εισαγωγή Σε Βασικές Έννοιες Της Φυσικής

8. KEEVISLIITED. Sele 8.1. Kattekeevisliide. Arvutada kahepoolne otsõmblus terasplaatide (S235J2G3) ühendamiseks. F = 40 kn; δ = 5 mm.

9 kl füüsika. Q= cm(t 2 t 1 ) või Q= cmδt Q=λ m Q=Lm. J džaul 1J= 1Nm

Ehitusmehaanika harjutus

I tund: Füüsika kui loodusteadus. (Sissejuhatav osa) Eesmärk jõuda füüsikasse läbi isiklike kogemuste. Kuidas kujunes sinu maailmapilt?

Vektorid. A=( A x, A y, A z ) Vektor analüütilises geomeetrias

3. Elektromagnetism. 3.1 Koolifüüsikast pärit põhiteadmisi

ITI 0041 Loogika arvutiteaduses Sügis 2005 / Tarmo Uustalu Loeng 4 PREDIKAATLOOGIKA

Eesti koolinoorte 51. täppisteaduste olümpiaad

RF võimendite parameetrid

Φυσικές και χημικές ιδιότητες

= 5 + t + 0,1 t 2, x 2

ELEKTRIMASINAD. Loengukonspekt

Matemaatiline analüüs I iseseisvad ülesanded

Elastsusteooria tasandülesanne

Vektoralgebra seisukohalt võib ka selle võrduse kirja panna skalaarkorrutise

4.1 Funktsiooni lähendamine. Taylori polünoom.

Smith i diagramm. Peegeldustegur

Koormus 14,4k. Joon

Jätkusuutlikud isolatsioonilahendused. U-arvude koondtabel. VÄLISSEIN - COLUMBIA TÄISVALATUD ÕÕNESPLOKK 190 mm + SOOJUSTUS + KROHV

3. IMPULSS, TÖÖ, ENERGIA

Funktsioonide õpetamisest põhikooli matemaatikakursuses

Energiabilanss netoenergiavajadus

Deformeeruva keskkonna dünaamika

HSM TT 1578 EST EE (04.08) RBLV /G

2 Hüdraulika teoreetilised alused 2.1 Füüsikalised suurused

Eesti koolinoorte XLVIII täppisteaduste olümpiaadi

1 Kompleksarvud Imaginaararvud Praktiline väärtus Kõige ilusam valem? Kompleksarvu erinevad kujud...

Mitmest lülist koosneva mehhanismi punktide kiiruste ja kiirenduste leidmine

2017/2018. õa keemiaolümpiaadi piirkonnavooru lahendused klass

20. SIRGE VÕRRANDID. Joonis 20.1

KEEMIAÜLESANNETE LAHENDAMISE LAHTINE VÕISTLUS

Eesti Füüsika Selts. ELEKTROMAGNETISM Füüsika õpik gümnaasiumile. Kalev Tarkpea Henn voolaid

Eesti koolinoorte 26. füüsika lahtine võistlus

ELEKTRODÜNAAMIKA...2

Joonis 1. Teist järku aperioodilise lüli ülekandefunktsiooni saab teisendada võnkelüli ülekandefunktsiooni kujul, kui

Temperatuur ja soojus. Temperatuuri mõõtmise meetodid. I. Bichele, 2016

FÜÜSIKA IV ELEKTROMAGNET- VÕNKUMISED 2. ELEKTROMAGNET- VÕNKUMISED 2.1. MEHHAANILISED VÕNKUMISED VÕNKUMISED MEHHAANIKAS. Teema: elektromagnetvõnkumised

(Raud)betoonkonstruktsioonide üldkursus 33

Matemaatiline analüüs I iseseisvad ülesanded

Skalaar, vektor, tensor

Skalaar, vektor, tensor

4.2.5 Täiustatud meetod tuletõkestusvõime määramiseks

Φ 1 =Φ 0 S 2. Joonis 3.1. Trafo ehitus ja idealiseeritud tühijooksu faasordiagramm

; y ) vektori lõpppunkt, siis

Põhivara aines LOFY Füüsikaline maailmapilt

MEHAANIKA. s t. kogu. kogu. s t

Keemia lahtise võistluse ülesannete lahendused Noorem rühm (9. ja 10. klass) 18. november a.

ISC0100 KÜBERELEKTROONIKA

Eesti koolinoorte 50. täppisteaduste olümpiaad Füüsika lõppvoor. 30. märts a. Keskkooli ülesannete lahendused

KORDAMINE RIIGIEKSAMIKS VII teema Vektor. Joone võrrandid.

Analüütilise geomeetria praktikum II. L. Tuulmets

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΧΗΜΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ

Tuletis ja diferentsiaal

LOFY Füüsika looduslikus ja tehiskeskkonnas I (3 EAP)

Põhivara aines Füüsika ja tehnika

KORDAMINE RIIGIEKSAMIKS V teema Vektor. Joone võrrandid.

Füüsika täiendusõpe YFR0080

Kirjeldab kuidas toimub programmide täitmine Tähendus spetsifitseeritakse olekuteisendussüsteemi abil Loomulik semantika

Sirgete varraste vääne

AS MÕÕTELABOR Tellija:... Tuule 11, Tallinn XXXXXXX Objekt:... ISOLATSIOONITAKISTUSE MÕÕTMISPROTOKOLL NR.

Transcript:

ISC0100 KÜBERELEKTROONIKA Kevad 2018 Teine loeng Martin Jaanus U02-308 (hetkel veel) martin.jaanus@ttu.ee 620 2110, 56 91 31 93 Õppetöö : http://isc.ttu.ee Õppematerjalid : http://isc.ttu.ee/martin

Teemad Alalisvool, kaksklemmid 1. Pinge, potentsiaal, vool, takistus, juhtivus 2. Kirchhoffi seadused 3. Suunad, märgid 4. Ideaalsed allikad, mõõturid 5. Jagurid

Miks on kasulik lihtsustada? Oluline on olulist ebaolulisest eristada. Ka elus on sedasi! Saame eemaldada selle, mis meid segab. Lihtsatest asjadest saab teha alati keerulisemat. Kõige lihtsam komponent on kaksklemm. Sisu võib olla suvaline, aga maailma näeb läbi kahe klemmi

Pinge Pinge ehk elektriline pinge (tähis V, vanem tähis U) on füüsikas ja elektrotehnikas kasutatav füüsikaline suurus, mis iseloomustab kahe punkti vahelist elektrivälja tugevuse erinevust ning määrab ära kui palju tööd tuleb teha laengu ümberpaigutamiseks ühest punktist teise. Pinge ühikuks SI-süsteemis on volt (V). Üks volt on selline pinge, mille puhul 1 kuloni suuruse laengu ümberpaigutamisel teeb elektriväli tööd 1 džaul.

Kirchhoffi pingeseadus (1) Kõik sõltub pingetest, mitte potentsiaalidest. Kui muuta kõiki potentsiaale sama suuruse võrra, siis ei muutu mitte midagi. Kinnises kontuuris on pingete summa null. 400 V Miks traatidel istuvad linnud ei saa elektrilööki? 230 V

Kirchhoffi pingeseadus (2) Kuidas leida pingeid? 5V Pinge tõusu võtame plussmärgiga, kui liigume negatiivselt osalt positiivsele. 2V - 3V -1V -1V - 0 V aga -3V ja 3V 2V - 2V 0 V 0 V

Elektrivool Vool ehk elektrivool (tähis I ) on füüsikas ja elektrotehnikas kasutatav füüsikaline suurus,mis iseloomistab laengukandjate liikumist elektrijuhis. Voolu ühikuks SI-süsteemis on amper (A). Amper on konstantne selline elektrivool, mis põhjustaks kahes paralleelse lõpmatu pikkusega ja tühise ristlõike pindalaga elektrijuhi vahel jõu 2 10 7 njuutonit meetri kohta, kui need juhid asuvad teineteisest 1 meetri kaugusel vaakumis.

Elektrivool Pideva voolu tekkimiseks peab ahel olema suletud! Hargnematus ahelas on voolutugevus kõikjal sama! -1 A 1 A Voolu kokkuleppeline suund Miks seinakontaktis on kaks auku? Elektronide liikumise suund

Elektrivool Pideva voolu tekkimiseks peab ahel olema suletud! Hargnematus ahelas on voolutugevus kõikjal sama! Ühest katkestusest piisab Miks seinakontaktis on kaks auku?

Kirchhoffi vooluseadus Samasse punkti sisenevate voolude summa on null. Elektrivool Veevool

Lineaarne kaksklemm I V V V I I autonoomne avbic=0 mitteautonoomne

Lineaarne kaksklemm I I I s V V I s a=0 I=const V o b=0 V=const Ideaalne vooluallikas Ideaalne pingeallikas

c=0 Lineaarne kaksklemm I V I V V=RI V A I=GV A V oom S siimens R=0 - lühis G=0 - tühis

Takistus ja juhtivus Takistuseks ehk elektritakistuseks nimetatakse juhi omadust avaldada elektrilaengute liikumisele takistavat mõju. Elektritakistuse (tähis R) mõõtühik SI-süsteemis on oom( Ω). 1 Ω on takistus, millel 1 A voolu läbimisel tekib pinge 1 V. Elektritakistuse pöördväärtus on elektrijuhtivus (tähis G), ühik siimens (S). G=1/R ja R=1/G Püsitakisti (resistor) Tähtsaim omadus takistus! (muude omaduste tähtsus sõltub olukorrast) Pilt:Facebook

Kordajad Liide Nimetuse tuletus Tähis Tegur jotta itaalia: kaheksa 10 3 järku Y 10 24 zetta itaalia: seitse 10 3 järku Z 10 21 eksa kreeka: kuus 10 3 järku E 10 18 peta kreeka: viis 10 3 järku P 10 15 tera kreeka: üleloomulikult suur T 10 12 giga kreeka: hiiglasuur G 10 9 mega kreeka: suur M 10 6 kilo kreeka: tuhat k 10 3 hekto kreeka: sada h 10 2 deka kreeka: kümme da 10 1 10 0 detsi ladina: kümme d 10-1 senti ladina: sada c 10-2 milli ladina: tuhat m 10-3 mikro kreeka: väike μ 10-6 nano ladina: kääbus n 10-9 piko itaalia: väikene p 10-12 femto taani: viisteist f 10-15 atto taani: kaheksateist a 10-18 zepto ladina: seitse 10-3 järku z 10-21 jokto ladina: kaheksa 10-3 järku y 10-24 Lubatud kordsed ühikud Nimetus Sümbol füüsikaline suurus Seos teise suurusega minut min aeg 1 min = 60 s tund h aeg 1 h = 60 min ööpäev d aeg 1 d = 24 h nurgakraad nurk 1 = (π / 180) rad nurgaminut nurk 1' = (1 / 60) nurgasekund nurk 1'' = (1 / 60)' hektar ha pindala 1 ha = 10000 m 2 liiter l või L ruumala 1 L = 1 dm 3 tonn t mass 1 t = 10 3 kg

Kordajad Kasutatakse korraga vaid üht eesliidet. Ajaühikutel 1-st suuremaid eesliiteid ei kasutata ( Gs ) Küll aga kasutatakse näiteks ms - millisekund ). Lihtsam ja käepärasem on kui teha arvude asemel tehteid kordajatega. Näit. (milli*kilo=1) Ehk Ohmi seadust kasutades kui pinge on voltides, ja vool milliamprites, tuleb takistus kilo-oomides.

Elektrijuhid ja isolaatorid Neid materjale, mille takistus on väike (juhtivus suur ), nimetatakse elektrijuhtideks. Laengukandjate vaba liikumine on võimalik (kõik metallid, soolade ja hapete vesilahused.) Neid materjale, mille takistus on suur (juhtivus väike) nimetatakse isolaatoriteks (plastmass, klaas, õhk ) Nende vahel on pooljuhid ( gernmaanium, räni liiv, millel põhineb kogu kaasaegne elektroonika. Elektrijuht (vasksoon) Isolatsioonikihid (ohutuse pärast mitmekordne) Elektrikaabli ehitus. Puutuda tohib vaid isolatsioonikohast!

Eritakistus ja erijuhtivus I I V - Kuubi külg on 1 meeter: Oletame, et takistus on ρ oomi ehk juhtivus γ siimensit: V I I V Kui juhtme pikkus on L meetrit ja ristlõige S m2, siis pinge on L*V ja vool on S*I: S L I S V L R L S V L I S G

Eritakistus ja erijuhtivus Eritakistuse ühik on m m m L RS S L R 2 Erijuhtivuse ühik on m S m m S S GL L S G 2

Eritakistus ja erijuhtivus Aine ρ γ hõbe 1.587 [nωm] 630 [MS/m] vask 1.678 [nωm] 596 [MS/m] raud 9.61 [nωm] 104 [MS/m] konstantaan 45.4 [nωm] 22 [MS/m] nikroom 112 [nωm] 8.9 [MS/m]

Takistus ja temperatuur 0 1 T T 0 Aine ρ α vask 1.68 [nωm] 0.0040 [1/ C] raud 9.61 [nωm] 0.0057 [1/ C] konstantaan 45.4 [nωm] -0.000074 [1/ C] manganiin 48.2 [nωm] ±0.000015 [1/ C]

Ülijuhid 1911: Heike Kamerlingh Onnes avastab, et elavhõbe muutub temperatuuril <4K (-269 C) ülijuhiks tema eritakistus on võrdne nulliga. Vajalik keskkond vedel heelium. 1986: keraamilises ülijuhis saavutatakse ülijuhtivus temperatuuril 58K (-215 C). Nobeli preemia 1987 1987: 92K (-181 C). Vedel lämmastik 77K. 1994: 138K (-135 C). Hg 0.8 Tl 0.2 Ba 2 Ca 2 Cu 3 O 8.33

Ülijuhid Kuna ülijuhi takistus on null, siis püsib ülijuhtivas rõngas vool kuitahes kaua (energia ei eraldu). Seega: energiasalvesti! Ülijuhitivate mahistega tekitatav magnetväli sobib nt energiasalvesti hoorattale laagrite tekitamiseks.

Vool põhjustab pinge Takistus osutab vastupanu Laengukandjate kuhjumine ühe klemmi juurde Analoog vee pudelisse kallamine lehtriga Takisti võimsustaluvus! P=V*I

Ohmi seadus Ohmi seadus: vool on võrdeline pingega ja pöördvõrdeline takistusega. Takistus on keha omadus. Takistus ei ole võrdeline pingega ja pöördvõrdeline vooluga. Mehaanika analoog: Hooke i seadus Pilt:wikipedia Pilt:goodwindocs.com

Jadaühendus Kaks elementi on jadamisi kui neil on üks ühine klemm. Jadaühendusel on vool elementides sama ja liituvad takistused ja pinged. R 1 R 2 R 3 R=R 1 R 2 R 3 2 V 8 V 2 V Kehtib vaid kaksklemmide korral! Kehtib ka reaktiivtakistuste puhul (Z) 2 V 2 V

Rööpühendus Kaks elementi on rööbiti kui neil on kaks ühist klemmi. Rööpühendusel on pinge elementidel sama ja liituvad juhtivused ja voolud. G 1 G 2 G 3 G=G 1 G 2 G 3 1/R=1/R 1 1/R 2 1/R 3 Ainult 2 elemendi korral! Kehtib vaid kaksklemmide korral! Kehtib ka reaktiivtakistuste puhul (Z) R = R1 R2 R1 R2

Pingeallikas Pingeallika eesmärk on tekitada tema klemmidele teatud pinge, mis ei sõltu teda läbivast voolust. Pingeallika sisetakistus on 0. V V I Kui on tegemist suletud süsteemiga, tekib vool,mille märk on antud skeemil sama, mis pingel. Pingeallika pinget ei mõjuta talle külge ühendatud koormused. Pingeallikat ei tohi lühistada,ega ühendada paralleelselt teise pingeallikaga (tekib lõpmata suur vool)! = 3V 2V

Pingeallikas 1 A -1 A 10V 10Ω 10 V 10 Ω -10 V -1 A -- = 4 V -4 V

Reaalne pingeallikas R>>0 V

Thévenin i sidu aseskeem V = RI V o V o R V I

Pingeallikas Jadaühendus. Pinged liituvad. Vool on sama! 0V 1.5 V 1.5 V 1.5 V V? 0V 1.5 V 1.5 V 1.5 V V? 0V 1.5 V 1.5 V 1.5 V V?

Vooluallikas Vooluallika eesmärk on tekitada temast läbiv kindel vool, mis ei sõltu temal olevast pingest. Vooluallika sisejuhtivus on 0. I I - Kui on tegemist suletud süsteemiga, tekib pinge,mille märk on antud skeemil sama, mis voolul. Vooluallika voolu ei mõjuta jadamisi külge ühendatud koormused. Vooluallikat ei tohi tühisesse jätta ega neid mitu tükki järjestikku ühendada (tekib lõpmata suur pinge)!!! =

Vooluallikas V=10 V V=-10 V 1 A 10 Ω -1 A 10 Ω - - -2 ma 2 ma =

Reaalne vooluallikas I G >>0

Norton i sidu aseskeem I = GV I s I s G V I

Ideaalne voltmeeter V Voltmeetrit kasutatakse pinge mõõtmiseks. Voltmeetri sisetakistus on lõpmata suur ja tänu sellele ei mõjuta voltmeetri näitu temaga jadamisi olevad elemendid. Voltmeetri ühendamisel skeemi teistpidi muutub voltmeetri näidu ees märk. Näited (näitab 10 V) (näitab -10 V) V = V 10 V V 10 V V

Reaalne voltmeeter V - COM R Reaalsel voltmeetril on olemas arvestatav sisetakistus! Erinevalt ideaalsest voltmeetrist läbib seda vool. Digiriistadel >1MΩ, analoogriistal vahemikus 10-1000kΩ. Sisetakistus sõltub mõõtepiirkonnast. Täpsel mõõtmisel tuleb seda arvestada! Ära mitte kunagi ürita mõõta voolu voltmeetriga!!! (halvimal juhul mõõtur rikneb, paremal juhul näitab avatud ahela pinget)

Ideaalne ampermeeter A Ampermeetrit kasutatakse voolu mõõtmiseks. Ampermeetri sisetakistus on lõpmata väike ja tänu sellele ei mõjuta näitu temaga rööbiti ühendatud elemendid. Ampermeetri ühendamisel skeemi teistpidi muutub näidu ees märk. Näited (näitab -1 ma) 1 ma A = A A 1 ma (näitab 1 ma) A

Reaalne ampermeeter A (ma) R Reaalsel ampermeetril on olemas arvestatav sisetakistus!. Sisetakistus sõltub mõõtepiirkonnast ja on vahemikus 0.01-100Ω. Digitaalse ampermeetri sisetakistus võib olla suurem samal piirkonnal analoogriista omast. - (COM) Ära mitte kunagi ürita mõõta pinget ampermeetriga!!! (halvimal juhul mõõtur rikneb, paremal juhul näitab suletud ahela voolu)

Jagurid Jagunemine on üks tavalisemaid nähtusi (nt auhinnarahad, kasum, vool, pinge, vastutus, aupaiste,...) Jagunemine on võrdeline läbipaistvusega (juhtivusega) või läbipaistmatusega (takistusega)

Jagurid Ülesanne: Ema tõi poest kommikoti, milles on 27 kommi. Kuna Juku tegi ema äraolekul 2 korda vähem pahandust kui Juta, otsustas ema jagada kommid sedasi, et Juku saab kaks korda vähem kommi kui Juta. Mitu kommi saab Juku ja mitu kommi saab Juta? Vihje: ema otsustas, et annab Jukule 1 osa tervikust ja Jutale 2 osa tervikust.

Voolujagur

G1 Voolujagur Milline on IA? Oletame arvutustes, et ampermeeter On ideaalne (sisetakistus on 0). Järelikult pinge ampermeetril on 0. I in G2 A I A Vool Iin läbides juhtivusi G1 ja G2 tekitab nendel Ohmi seaduse järgi pinge: VG1=VG2= Iin G1G2 Vool, mis läbib juhtivust G2, avaldub G2 pinge ja juhtivuse korrutisena: IG2=IA=VG2*G2. Asendades eelmisest sisse VG2 saame, et IA=G2 * Iin G1G2, ehk ülekanne avaldub : K= IA Iin = G2 G1G2 Arvestades, et G=1/R, võib ülekande avaldada ka nii: K= IA Iin = R1 R1R2

Pingejagur

Pingejagur I= Vin R1R2 R1 Milline on Vout? I=0! Oletame arvutustes, et allikas ja mõõtur on ideaalsed ( pingeaallikas on lühis ja voltmeeter tühis). Sellisel juhul voltmeetrit läbiv vool on 0. V in V R2 V out Ahelas tekkiv vool läbib mõlemat takistit ja avaldub Ohmi seaduse järgi : I= Vin R1R2 Takistil R2 tekib pinge Vout : VR2=Vout=I*R2 Asendades sisse voolu, saame,et VR2=Vout=R2* Vin R1R2 Ülekanne avaldub sellest: K= Vout Vin = R2 R1R2