Elektrické obvody

Předmět popisuje základní metody analýzy elektrických obvodů. Má za úkol sjednotit rozdílnou úroveň znalostí studentů z různých typů škol a vytvořit základ pro navazující odborné předměty. Student by měl získat představu o rozdílu mezi skutečným obvodem a jeho modelem, znát chování ideálních obvodových prvků ve stacionárním a v harmonickém ustáleném stavu i během přechodných dějů vyvolaných změnami v obvodu. Nabyté vědomosti by, kromě jiného, měly sloužit také pro kritické posouzení výsledků analýzy a simulace elektrických obvodů pomocí softwarových prostředků.

Požadavky:

Osnova přednášek:

1. Elektrické zařízení a jeho obvodový model. Obvodové veličiny (napětí, proud, výkon), charakteristické hodnoty. Základní pasivní a aktivní ideální obvodové prvky, Ohmův zákon.

2. Základní zákony a teorémy (Kirchhoffovy zákony, Théveninův a Nortonův teorém, princip superpozice).

3. Elementární metody analýzy lin. odporových obvodů. Obvody s jedním a s více nezávislými zdroji.

4. Výkon a výkonové přizpůsobení v odporových obvodech. Provozní stavy elektrických obvodů (přechodný děj, ustálený stav). Stacionární ustálený stav (SUS).

5. Obecné metody analýzy odporových obvodů - topologie obvodu, obvodové rovnice.

6. Harmonický ustálený stav (HUS), vyjádření harm. průběhů pomocí fázorů, Metody analýzy.

7. Fázorové diagramy. Výkon a výkonové přizpůsobení v HUS. Rezonance, rezonanční obvody.

8. Trojfázové soustavy, trojfázové obvody v HUS. Výkony, fázorové diagramy.

9. Kmitočtová závislost obvodových funkcí (impedance, admitance, přenos). Frekvenční charakteristiky obvodů.

10. Obvodové rovnice v časové oblasti pro lin. obvody s akumulačními prvky. Přechodné děje 1. řádu.

11. Přechodné děje 2. řádu (aperiodická odezva, tlumené kmity) v základních RLC obvodech.

12. Použití Laplaceovy transformace pro řešení obvodů - analýza přech. dějů v operátorové oblasti. Buzení jednorázovými impulzy, impulzní a přechodová charakteristika.

13. Souvislost popisu a chování obvodů v časové a frekvenční oblasti. Obvody buzené periodickými neharmonickými napětími a proudy (PNUS), Fouriérovy řady.

14. Shrnutí znalostí a porovnání metod analýzy elektrických obvodů. Některé další problémy obvodové analýzy.

Osnova cvičení:

1. Úvod. Elektrický obvod, elektrické napětí a proud, zdroje a spotřebiče elektrické energie, fyzikální analogie elektrického obvodu.

2. Obvodové veličiny a jejich charakteristické hodnoty. Pasivní a aktivní obvodové prvky, Ohmův zákon, elektrický obvod.

3. Kirchhoffovy zákony. Sériové a paralelní řazení rezistorů (společný proud resp. společné napětí), nezatížené děliče napětí a proudu. Řazení ideálních zdrojů napětí a proudu.

4. Théveninův a Nortonův teorém, záměna zdrojů, zatížené děliče napětí a proudu. Princip superpozice. Řešení odporových obvodů pomocí elementárních metod.

5. Sériové a paralelní řazení reálných zdrojů napětí a proudu. Výkon spotřebovávaný rezistorem, výkon dodávaný zdrojem, výkonové přizpůsobení.

6. Metoda uzlových napětí, metoda smyčkových proudů. Vstupní a výstupní odpor obvodu (pro obvody bez i s řízenými zdroji).

7. Fázory harmonických veličin, impedance a admitance pasivních prvků v HUS. Elementární metody analýzy obvodů v HUS. Obvodové rovnice v HUS.

8. Fázorové diagramy. Výkony v HUS (činný, jalový a zdánlivý výkon, účiník), výkonové přizpůsobení. Rezonance, rezonanční obvody.

9. Trojfázové obvody, výkony v trojfázových obvodech, fázorové diagramy.

10. Frekvenční charakteristiky obvodů, asymptotická aproximace.

11. Přechodné děje 1. řádu.

12. Přechodné děje 2. řádu v RLC obvodech se stejnosměrnými zdroji (aperiodická odezva, tlumené kmity).

13. Řešení obvodů pomocí Laplaceovy transformace, přechodné děje, impulzní buzení, impulzní a přechodová charakteristika.

14. Rezerva, opakování, zápočet.

Cíle studia:

Studijní materiály:

1. Havlíček V., Pokorný M., Zemánek I.: Elektrické obvody 1, 1. vyd., Praha: Česká technika - nakladatelství ČVUT, 2005, ISBN 80-01-03299-X

2. Havlíček V., Zemánek I.: Elektrické obvody 2, 1 vyd., Praha: Česká technika - nakladatelství ČVUT, 2008, ISBN 978-80-01-03971-7.

3. Irwin, J. D., Nelms R. M.: Basic engineering circuit analysis: / 9th ed., Wiley, 2008, ISBN 0470128690.

4. Alexander Ch. K., Sadiku M., N. O.: Fundamentals of Electric Circuits, 3rd ed., Mc Graw Hill, ISBN: 978-0-07-297718-9.

Poznámka:

Další informace:

https://moodle.fel.cvut.cz/courses/B1B31EOS

Rozvrh na zimní semestr 2025/2026:

Rozvrh není připraven

Rozvrh na letní semestr 2025/2026:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

Elektrotechnika, energetika a management - Aplikovaná elektrotechnika 2016 (povinný předmět programu)
Elektrotechnika, energetika a management - Elektrotechnika a management 2016 (povinný předmět programu)
Elektrotechnika, energetika a management - před rozřazením do oborů (povinný předmět programu)
Elektrotechnika, energetika a management - před rozřazením do specializací (povinný předmět programu)
Elektrotechnika, energetika a management - Aplikovaná elektrotechnika 2018 (povinný předmět programu)
Elektrotechnika, energetika a management - Elektrotechnika a management 2018 (povinný předmět programu)