Elektrotechnika i elektronika

jednolite magisterskie

obowiązkowy

W 40/x, C 20/+, L 20/+ razem: 80 godz., 6 pkt ECTS

Matematyka / Umiejętność wykonywania działań na liczbach zespolo-nych

Fizyka / Podstawowa wiedza z zakresu elektrostatyki, magnetostatyki i fizyki ciała stałego.

Semestr III/ Lotnictwo i Kosmonautyka / wszystkie specjalności

dr inż. Tomasz Grzegorczyk, dr inż. Adam Słowik

aktywność / obciążenie studenta w godz.

1. Udział w wykładach / 40

2. Udział w laboratoriach / 20

3. Udział w ćwiczeniach / 20

4. Udział w seminariach / 0

5. Samodzielne studiowanie tematyki wykładów / 45

6. Samodzielne przygotowanie do laboratoriów / 15

7. Samodzielne przygotowanie do ćwiczeń / 18

8. Samodzielne przygotowanie do seminarium / 0

9. Realizacja projektu / 0

10. Udział w konsultacjach / 8

11. Przygotowanie do egzaminu / 12

12. Przygotowanie do zaliczenia / 0

13. Udział w egzaminie / 2

Sumaryczne obciążenie pracą studenta: 180 godz./6 ECTS

Zajęcia z udziałem nauczycieli (1+2+3+4+9+10+13): 90 godz./3 ECTS

Zajęcia powiązane z działalnością naukową 90 godz./3 ECTS

Przedmiot obejmuje podstawowe pojęcia i prawa elektrotechniki, metody analizy obwodów prądu stałego i przemiennego. Zawiera wiadomości o podstawowych elementach elektronicznych i ich zastosowaniu w układach. Daje podstawy budowy i analizy układów elektrycznych, nie-zbędnych do syntezy i analizy bardziej złożonych układów elektrycznych i mechatronicznych.

Wykłady / metoda werbalno-wizualna, z wykorzystaniem nowoczesnych technik multimedialnych - prezentacje z elementami animacji, z ilustracjami i schematami przykładowych rozwiązań

1. Wprowadzenie do elektrotechniki (2 godz.)

Wiadomości o przedmiocie; definicja „elektrotechniki” i jej znaczenie; terminologia elektryczna; podstawy fizyczne elektryczności; właściwości przewodników i izolatorów; oddziaływanie prądu elektrycznego na organizmy żywe.

2. Wytwarzanie i przewodnictwo energii elektrycznej (2 godz.)

Elektrostatyka i przewodnictwo; prawo Culomba; przewodzenie energii elektrycznej w ciałach stałych, cieczach, gazach i w próżni; wytwarzanie energii elektrycznej.

3. Źródła i obwody liniowe prądu stałego (2 godz.)

Definicja prądu elektrycznego; źródła prądu stałego; obwody liniowe prądu stałego; prawo Ohma; pierwsze i drugie prawo Kirchhoffa.

4. Rezystancja. Moc, praca i energia (2 godz.)

Rezystancja i czynniki wpływające; rezystancja właściwa; kodowanie wartości znamionowej rezystorów; rezystory połączone szeregowo i równolegle; obliczanie rezystancji całkowitej; działanie i użycie potencjometrów i reostatów; budowa i wykorzystanie mostka Wheatstone'a; moc, praca i energia; rozproszenie mocy przez opornik; obliczenia uwzględniające moc, pracę i energię.

5. Kondensator (2 godz.)

Działanie i funkcje kondensatora; rodzaje kondensatorów; kodowanie wartości znamionowej pojemności kondensatora; obliczanie pojemności i napięcia w obwodach szeregowych i równoległych; ładowanie i wyładowanie kondensatora, stała czasowa; testowanie kondensatorów.

6. Elektromagnetyzm (2 godz.)

Teoria magnetyzmu; właściwości magnesu; działanie magnesu zawieszonego w polu magnetycznym Ziemi; magnetyzacja i demagnetyzacja; ekran magnetyczny; materiały magnetyczne; konstrukcja elektromagnesu i zasada działania; określanie pola magnetycznego wokół przewodnika przewodzącego prąd według reguły trzech palców; siła magnetomotoryczna, natężenie pola, indukcja magnetyczna, przenikalność, pętla histerezy, remanencja i koercja magnetyczna, punkt nasycenia, prądy wirowe; zalecenia dotyczące obsługi i przechowywania magnesów.

7. Indukcyjność (2 godz.)

Prawo Faradaya; indukowanie się napięcia w przewodniku poruszającym się w polu magnetycznym; zasady indukcji; wpływ różnych czynników na wartość indukowanego napięcia: siła pola magnetycznego, szybkość zmian strumienia, liczba zwojów przewodnika; indukcja wzajemna; wpływ szybkości zmian prądu pierwotnego i wzajemnej indukcyjności na indukowane napięcie; czynniki wpływające na indukcję wzajemną; prawo Lenza i czynniki determinujące biegunowość; samoindukcja; punkt nasycenia; podstawowe zastosowania cewki indukcyjnej.

8. Prądnice i silniki prądu stałego (2 godz.)

Podstawowa teoria silnika i prądnicy; budowa i znaczenie, części składowe prądnicy prądu stałego; działanie i czynniki wpływające na moc wyjściową i kierunek prądu w prądnicach prądu stałego; działanie i czynniki wpływające na moc wyjściową, moment obrotowy, prędkość i kierunek obrotu silników prądu stałego; silnik szeregowy, silnik bocznikowy i silniki szeregowo-bocznikowe; budowa prądorozrusznika.

9. Teoria prądu przemiennego (2 godz.)

Definicja prądu przemiennego; źródła prądu przemiennego; sinusoidalny kształt fali; wartość chwilowa, średnia, średnia kwadratowa, szczyt, bieżące wartości szczyt do szczytu i obliczanie tych wartości w odniesieniu do napięcia, prądu i mocy; fale trójkątne i prostokątne; zasady jednej fazy/trzech faz.

10. Obwody R, L, C. Filtry. (2 godz.)

Związki fazowe między napięciem i prądem w obwodach z idealną rezystancją R, cewką L i kondensatorem C; impedancja; kąt fazowy; szeregowe, równoległe i mieszane obwody z elementami R,L, C; moc prądu przemiennego; współczynnik mocy czynnej; obliczanie mocy rzeczywistej, pozornej i biernej; działanie i zastosowanie filtrów.

11. Transformatory (2 godz.)

Działanie i zasady budowy transformatorów; straty na transformatorze i metody ich ograniczania; funkcjonowanie transformatora przy obciążeniu i braku obciążenia; przekaz mocy, wydajność, zaznaczanie biegunowości; obliczanie napięcia fazowego i międzyfazowego oraz przepływów; obliczanie mocy w systemie trójfazowym; prąd pierwotny i wtórny, przekładnia zwojowa, moc, wydajność; autotransformator.

12. Prądnice prądu przemiennego (2 godz.)

Obroty pętli uzwojenia w polu magnetycznym i kształt wygenerowanej fali; budowa i działanie prądnicy prądu przemiennego; alternatory jednofazowe, dwufazowe i trójfazowe; zalety i zastosowania trójfazowych połączeń w gwiazdę i trójkąt; prądnica na magnes trwały.

13. Silniki prądu przemiennego (2 godz.)

Budowa, zasady działania i właściwości synchronicznego i indukcyjnego silnika prądu przemiennego, jedno- i wielofazowego; metody kontrolowania

14. Budowa i parametry diod półprzewodnikowych (2 godz.)

Złącze p-n; półprzewodnik typu P i półprzewodnik typu N; budowa i zasada działania złącza idealnego (warstwa zaporowa, polaryzacja przewodzenia i zaporowa, składowa prądu dyfuzyjnego i prądu unoszenia); symbole, właściwości i parametry diod; rodzaje diod: prostownicza, Zenera, Schottky'ego, pojemnościowa, fotodioda; testy funkcjonalne diod.

15. Zastosowanie diod i elementów przełączających w układach elektronicznych (2 godz.)

Omówienie zasady działania tyrystorowych elementów przełącznikowych; główne właściwości i zastosowanie prostowników tyrystorowych; działanie i funkcje diod w następujących obwodach: ogranicznik, prostownik, powielacz napięcia.

16. Tranzystory bipolarne i polowe (2 godz.)

Budowa i zasada działania tranzystorów typu p-n-p oraz n-p-n; układy włączenia tranzystorów bipolarnych; tranzystor złączowy na bazie złącza p-n: JFET: zasada działania, zasada polaryzacji; tranzystor z izolowaną bramką na bazie struktury MIS (budowa i własności struktury MIS); symbole tranzystora.

17. Zastosowanie tranzystorów w układach elektronicznych (2 godz.)

Budowa i zasada pracy wzmacniacza w klasie A, B, C; podstawowe obwody obejmujące: polaryzację, odsprzęganie, sprzężenie zwrotne i stabilizację; wzmacniacze wielostopniowe; budowa i zasada pracy oscylatorów, multiwibratorów i przerzutników.

18. Zintegrowane układy cyfrowe (2 godz.)

Rodzaje i klasy cyfrowych układów scalonych; podstawowe parametry; obudowy; zasilanie; układy TTL, ECL i MOS; układy CMOS: inwerter i bramki logiczne; wyjścia trójstanowe; przerzutniki scalone.

19. Zintegrowane liniowe układy analogowe (2 godz.)

Podstawowe właściwości i wybrane zastosowania wzmacniaczy operacyjnych używanych jako: integrator, obwód różniczkujący, wtórnik napięciowy, komparator; działanie i metody łączenia stopni wzmacniacza liniowego: rezystancyjna, pojemnościowa, indukcyjna (transformator), indukcyjno-rezystancyjna (IR), bezpośrednia; zalety i wady dodatniego i ujemnego sprzężenia zwrotnego.

20. Płytki drukowane (2 godz.)

Opis i zastosowanie płytek drukowanych; techniki projektowania i technologie wytwarzania płytek PCB.

Ćwiczenia / rozwiązywanie zadań z zastosowaniem wiedzy teoretycznej z poszczególnych tematów - metoda werbalno-praktyczna

1. Źródła prądu stałego (2 godz.)

Właściwości i zastosowanie znanych źródeł prądu stałego, szeregowe i równoległe łączenie ogniw, wyznaczanie pojemności elektrycznej akumulatora.

2. Obwody prądu stałego (2 godz.)

Analiza obwodów prądu stałego z zastosowaniem praw Ohma i Kirchhoffa, rozwiązywanie obwodów prądu stałego z wykorzystaniem metody superpozycji i metody Thevenina.

3. Wyznaczanie rezystancji zastępczej (2 godz.)

Wyznaczanie rezystancji zastępczej dla szeregowego i równoległego połączenia rezystorów, wyznaczanie zmian wartości rezystancji w zależności od temperatury, obliczanie mostka Wheatstona.

4. Moc, praca i energia (2 godz.)

Obliczenia mocy, pracy i energii dla obwodów prądu stałego.

5. Wyznaczanie pojemności zastępczej (2 godz.)

Wyznaczanie pojemności kondensatorów, obliczanie pojemności zastępczej dla szeregowego i równoległego połączenia kondensatorów.

6. Przebiegi sinusoidalne (2 godz.)

Wartość średnia i skuteczna prądu i napięcia o przebiegu sinusoidalnym; moc i energia wydzielane na elementach RLC.

7. Obwody prądu przemiennego (2 godz.)

Zastosowanie metody liczb zespolonych do obliczania obwodów prądu przemiennego; wektory napięć, prądów i mocy na elementach RLC.

8. Wzmacniacz na tranzystorze bipolarnym (2 godz.)

Obliczanie parametrów wzmacniacza na tranzystorze bipolarnym w różnych konfiguracjach polaryzacji.

9. Wzmacniacz operacyjny (2 godz.)

Obliczanie parametrów idealnego wzmacniacza operacyjnego w podstawowych układach pracy.

10. Reprezentacje liczbowe w układach cyfrowych (2 godz.)

Wyznaczanie wartości bitowych danych liczbowych w kodach: NCB, U, float, kod Grey-a, ASCII.

Laboratoria/ wykonywanie praktycznych badań elementów układów elektrycznych z wykorzystaniem wiedzy teoretycznej z poszczególnych tematów – metoda praktyczna

1. Badanie właściwości rezystorów (2 godz.)

Wyznaczanie wartości nieznanej rezystancji różnymi metodami z uwzględnieniem niepewności pomiarów. Praktyczna weryfikacja wzorów teoretycznych na rezystancję zastępczą dla szeregowego i równoległego łączenia rezystorów.

2. Badanie właściwości kondensatorów (2 godz.)

Wyznaczanie wartości nieznanej pojemności różnymi metodami z uwzględnieniem niepewności pomiarów. Praktyczna weryfikacja wzorów teoretycznych na pojemność zastępczą dla szeregowego i równoległego łączenia kondensatorów. Badanie stanów dynamicznych podczas ładowania i rozładowania kondensatora.

3. Badanie właściwości cewki indukcyjnej (2 godz.)

Wyznaczanie wartości indukcyjności cewki różnymi metodami z uwzględnieniem niepewności pomiarów. Badanie zachowania cewki zasilanej napięciem o różnej częstotliwości.

4. Badanie właściwości elektromagnesów (2 godz.)

Badanie siły przyciągania elektromagnesu w funkcji natężenia prądu zasilającego i wartości szczeliny powietrznej między biegunami rdzenia i zwory.

5. Badanie silników elektrycznych (2 godz.)

Badanie podstawowych charakterystyk wybranych rodzajów silników elektrycznych.

6. Badanie obwodów RLC (2 godz.)

Badanie zachowania obwodów RLC dla różnych parametrów obwodu i różnych częstotliwości napięcia zasilającego obwód. Wyznaczanie charakterystyk obwodu rezonansowego.

7. Badanie transformatorów (2 godz.)

Pomiary napięć, natężenia prądu i mocy w obwodach transformatora w różnych stanach jego pracy.

8. Badanie właściwości diod i tranzystorów (2 godz.)

Badanie podstawowych właściwości i charakterystyk diod i tranzystorów bipolarnych.

9. Badanie wzmacniacza operacyjnego (2 godz.)

Pomiar i określanie parametrów wzmacniacza różnicowego jako podstawowego układu wzmacniacza operacyjnego w podstawowych konfiguracjach: układu odwracającego, nieodwracającego, sumującego i odejmującego.

10. Badanie właściwości zintegrowanych układów cyfrowych (2 godz.)

Badanie podstawowych charakterystyk wybranych układów scalonych.

Podstawowa:

• Stanisław Bolkowski, Elektrotechnika, WSiP, 2016

• Marian Doległo, Podstawy elektrotechniki i elektroniki, WKŁ, 2016

• Paweł Hempowicz, Elektrotechnika i elektronika dla nieelektryków, WNT, 1999

• Bogdan Miedziński, Elektrotechnika: podstawy i instalacje elek-tryczne, PWN, 2000

Uzupełniająca:

• Roman Kurdziel, Elektrotechnika, PWN, 1973

• Zbigniew Włodarczyk, Elektrotechnika cz.1-4, WAT, 1981

• Franciszek Przeździecki, Elektrotechnika i elektronika, PWN,1986

Symbol i nr efektu przedmiotu / efekt uczenia się / odniesienie do efektu kierunkowego:

W1 / Ma wiedzę matematyczną i fizyczną niezbędną do analizy właści-wości statycznych i dynamicznych elementów i układów elek-trycznych i elektronicznych / K_W01.

W2 / Zna i rozumie podstawowe prawa i twierdzenia związane z elektro-techniką / K_W02.

W3 / Zna i rozumie zjawiska fizyczne związane z indukowaniem się napięć, przepływem prądu, gromadzeniem i rozpraszaniem energii elektrycznej / K_W02.

W4 / Zna budowę, zasadę działania, parametry i charakterystyki pod-stawowych elementów i układów elektronicznych oraz maszyn elektrycznych / K_W02.

W5 / Zna zasady pomiaru parametrów i charakterystyk układów elek-trycznych i elektronicznych stosowanych w technice lotniczej / K_W03.

W6 / Ma podstawową wiedzę z zakresu elektrotechniki i elektroniki umożliwiającą rozumienie złożonych zależności funkcjonalnych występujących w obiektach mechatronicznych / K_W19.

U1 / Potrafi zrozumieć informację o parametrach elektrycznych elemen-tów podawaną w katalogach producentów podzespołów / K_U01.

U2 / Potrafi przeprowadzić analizę obwodu elektrycznego i układu elek-tronicznego z wykorzystaniem poznanych metod / K_U07.

Przedmiot zaliczany jest na podstawie: egzaminu.

Ćwiczenia zaliczane są na podstawie: oceny zadań i odpowiedzi ustnych.

Ćwiczenia laboratoryjne zaliczane są na podstawie średniej z ocen ze sprawdzianów wejściowych i za sprawozdanie.

Egzamin z przedmiotu jest prowadzony w formie pisemnej.

Warunkiem dopuszczenia do egzaminu jest zaliczenie: ćwiczeń oraz ćwiczeń laboratoryjnych.

Osiągnięcie efektów: W1 – W6 - weryfikowane jest podczas indywidualnych odpowiedzi na ćwiczeniach oraz podczas egzaminu.

Osiągnięcie efektów: U1 - U2 – sprawdzane jest na podstawie wyników ze sprawdzianów przeprowadzanych w trakcie ćwiczeń oraz ćwiczeń laboratoryjnych.

Ocenę bardzo dobrą otrzymuje student, który na egzaminie uzyska co najmniej 90% poprawnych odpowiedzi.

Ocenę dobrą plus otrzymuje student, który na egzaminie uzyska co najmniej 85% poprawnych odpowiedzi.

Ocenę dobrą otrzymuje student, który na egzaminie uzyska co najmniej 80% poprawnych odpowiedzi.

Ocenę dostateczną plus otrzymuje student, który na egzaminie uzyska co najmniej 75% poprawnych odpowiedzi.

Ocenę dostateczną otrzymuje student, który na egzaminie uzyska co najmniej 70% poprawnych odpowiedzi.

Ocenę niedostateczną otrzymuje student, który na egzaminie uzyska poniżej 70% poprawnych odpowiedzi.