Основи теорії кіл, сигналів та процесів 1

Мета дисципліни:

забезпечити розвиток професіних компетентностей майбутніх бакалаврів; формування знань про закони електричних кіл та фізичні процеси, що відбуваються при перетворенні інформації у електронних медичних пристроях; розвиток навиків використання законів електричних кіл для проектування елементів складних медичних систем та пристроїв на основі знання математичних моделей і їх компонентів, а також вивчення властивостей та характеристик сигналів і процесів в медичних пристроях.

Завдання дисципліни:
 
отримання теоретичних та практичних знань щодо аналізу електричних кіл постійного та синусоїдального струмів;

закріплення та поглиблення теоретичних знань та вмінь в області аналізу складних електричних кіл в стаціонарних та перехідних режимах;

поглиблення теоретичних знань та вмінь в області спектрального аналізу періодичних та неперіодичних сигналів довільної форми з метою визначення енергетичного, амплітудного та фазового спектра;

освоєння теоретичних основ і оволодіння практичними навичками синтезу електричних фільтрів та аналізу частотних, часових характеристик і передавальних функцій частотно-вибіркових електричних кіл.
 
 Основні результати навчання

Застосовувати знання основ математики, фізики та біофізики, біоінженерії, хімії, інженерної графіки, механіки, опору та міцності матеріалів, властивості газів і рідин, електроніки, інформатики, отримання та аналізу сигналів і зображень, автоматичного управління, системного аналізу та методів прийняття рішень на рівні, необхідному для вирішення задач біомедичної інженерії.
 
Знати основи теорії кіл та сигналів, аналогової та цифрової схемотехніки, принципів побудови, функціонування та програмування мікропроцесорної техніки медичного призначення та сучасної елементної бази для задачі побудови медичних комплексів та систем.

Форми організації освітнього процесу та види навчальних занять
 
Л – лекційні заняття; ЛЗ – лабораторні заняття; ПЗ − практичні заняття; СРС – самостійна робота здобувача вищої освіти; РГР – розрахунково-графічна робота; Кз – самостійні контрольні завдання; МКР – модульна контрольна робота; К – консультації.
 
Тематика та види навчальних занять
 
1 тиждень
 
Л1. Вступ. Основні поняття та визначення.
СРС. К.
 
2 тиждень
 
Л2. Основні величини, елементи і класифікація кіл постійного струму.
ЛЗ1 Дослідження найпростіших резистивних кіл. Лабораторний макет, пакет прикладних програм Multisim на комп’ютерах
СРС. К.
 
3 тиждень
 
Л3. Дуальність та елементи топології кіл постійного струму.
Кз1. Типи електричних кіл. Математичні моделі елементів кіл.
СРС. К.
 
4 тиждень
 
Л4. Основні режими роботи електричних кіл.
ЛЗ2 Потенціальна діаграма для замкненого контура у резистивному колі постійного струму. Лабораторний макет, пакет прикладних програм Multisim на комп’ютерах.
СРС. К.
 
5 тиждень
 
Л5. Закони Ома для кіл постійного струму. Закони Кірхгофа для кіл постійного струму.
Кз2. Графи схем електричних кіл. Компонентні та топологічні рівняння З’єднання електричних елементів. Перетворення джерел напруги і струмів.
СРС. К.
6 тиждень
 
Л6. Потужність. Баланс потужностей.
ЛЗ3 Розрахунок електричного кола методом рівнянь Кірхгофа. 
СРС. К.
 
7 тиждень
 
Л7. Еквівалентні перетворення схем електричних кіл. Особливості розрахунку розгалужених електричних кіл.
СРС. К.
 
8 тиждень
 
Л8. Методи розрахунку розгалужених кіл: метод рівнянь Кірхгофа, метод контурних струмів, метод вузлових потенціалів.
ЛЗ4 Розрахунок електричного кола методом струмів елементів. 
МКР1. 
СРС. К.
 
9 тиждень
 
Л9. Синусоїдний струм та його параметри.
СРС. К.
 
10 тиждень
 
Л10. Векторна діаграма і комплексний метод опису струму.
ЛЗ5 Прості кола гармонічного струму. Лабораторний макет, пакет прикладних програм Multisim на комп’ютерах.
Кз3. Розрахунок електричного кола методом контурних струмів.
СРС. К.
 
11 тиждень
 
Л11. Закони кіл змінного струму у комплексній формі.

СРС. К.
 
12 тиждень
 
Л12. Коло змінного струму з одним пасивним елементом.
ЛЗ6 Комплексний опір і комплексна провідність. 
СРС. К.
 
13 тиждень
 
Л13. Коло змінного струму з послідовним і паралельним з’єднанням елементів r, L, C.
Кз4. Властивості комплексного перетворення. Моделі елементної бази для частотного аналізу. Комплексний опір і комплексна провідність.
СРС. К.
14 тиждень
 
Л14. Коло зі взаємною індуктивністю, їх аналіз і розрахунок.
ЛЗ7 Нелінійні елементи у колах постійного струму. Лабораторний макет, пакет прикладних програм Multisim на комп’ютерах.
СРС. К.
 
15 тиждень
 
Л15 Енергетичні процеси у колах змінного струму.
СРС. К.
МКР2.
 
Індивідуальна робота
 
Виконується РГР (5 семестр). 
 
Мета РГР:
 
закріплення та поглиблення теоретичних знань та вмінь в області аналізу складних електричних кіл в стаціонарних та перехідних режимах; поглиблення теоретичних знань та вмінь в області спектрального аналізу періодичних та неперіодичних сигналів довільної форми з метою визначення енергетичного, амплітудного та фазового спектра.
 
1–7 тижні
Отримання завдання. За значеннями параметрів електричного кола, варіант якого визначається з таблиці за передостанньою цифрою номера залікової книжки, необхідно:
1) визначити миттєві значення струмів в гілках кола; 
2) побудувати векторну діаграму струму для одного з вузлів та векторну діаграму напруг для одного з контурів розрахункового кола; 
3) виконати перевірку правильності розрахунків за допомогою рівнянь балансу активних і реактивних потужностей.
 
8–14 тижні
Обираються за останньою цифрою номера залікової книжки параметри коливального контуру з таблиці і тип комплексної функції із таблиці відповідно за передостанньою цифрою номера залікової книжки. Визначаються вторинні параметри послідовного коливального контуру, будується амплітудо-частотна і фазо-частотна характеристики (АЧХ і ФЧХ) комплексної функції послідовного коливального контуру при різних добротностях контуру (Q=1,5,10); визначається смуга пропускання та коефіцієнт прямокутності контуру; будується АЧХ і ФЧХ однієї з комплексних функції контуру, для різних значень добротності. 
 
15 тиждень
Захист роботи.
 
Самостійна робота
 
Самостійна робота включає в себе: вивчення теоретичного матеріалу, підготовку до лабораторних робіт, виконання курсової роботи, підготовку до рубіжного та підсумкового контролю. 
Самостійна робота складає 91 годин (5 семестр).
Розподіл самостійної роботи за видами навчальних робіт:
1) підготовка до лекційних занять –15 годин;
2) підготовка до практичних занять та до виконання індивідуальних контрольних завдань – разом 30 годин;
3) виконання РГР – 16 годин (5 семестр);
4) підготовка до екзамену (заліку) – 30 годин.
 
 
Процедура оцінювання
 
Система оцінювання рівня навчальних досягнень ґрунтується на принципах ЄКТС та є накопичувальною. Дисципліна поділяється на два семестрові модулі. Здобувачі протягом семестру готуються до лекційних та практичних занять, виконують 2 модульні контрольні роботи та 4 індивідуальних контрольних завдання.
 
Модульні контрольні роботи № 1 та № 2 виконуються у письмовій формі. Модульна робота складається з теоретичної частини (2 запитання) та практичної частини (1 задача). Відповідь на кожне теоретичне питання оцінюється максимум 10 балами. Правильне розв’язання задачі оцінюється в 5 балів.
 
Кожний модуль оцінюється у максимально можливі 50 балів:
 
Семестровий модуль № 1
Кз1. Оцінка за виконання – 5 балів. Термін надання – 3 тиждень.
Кз2. Оцінка за виконання – 5 балів. Термін надання – 5 тиждень.
РГР(ч.1). Оцінка за виконання – 15 балів. Термін надання – 8 тиждень.
МК1. Модульна контрольна робота – 25 балів (8 тиждень). Перескладання можливе протягом 9–11 тижнів за розкладом консультацій.

Семестровий модуль № 2
Кз3. Оцінка за виконання – 5 балів. Термін надання – 10 тиждень.
Кз4. Оцінка за виконання – 5 балів. Термін надання – 13 тиждень.
РГР(ч.2). Оцінка за виконання – 15 балів. Термін надання та захист – 14–15 тижні. 
МК2. Модульна контрольна робота – 25 балів (15 тиждень).
 
Максимальна оцінка за повний обсяг виконаних навчальних елементів дисципліни – 100 балів.
 
Підсумковим контролем з дисципліни є усний екзамен, білет до якого складається з теоретичної частини (4 запитання) та практичної частини (1 задача). Максимальна оцінка за правильні відповіді на всі питання екзаменаційного білету становить 100 балів. 
 
 
Умови допуску до підсумкового контролю
 
До екзамену допускаються здобувачі вищої освіти, які виконали всі види навчальних елементів навчальної дисципліни на не менш, ніж на 60 %.
Екзамен відбувається за всіма тематичними (змістовними) модулями дисципліни.
Складання/перескладання екзаменів організується за встановленим відділом аспірантури розкладом.
 
 
Політика освітнього процесу

Здобувач зобов’язаний своєчасно та якісно виконувати всі отримані завдання; за необхідністю з метою з’ясування всіх не зрозумілих під час самостійної та індивідуальної роботи питань, відвідувати консультації викладача. Дотримуватись принципів академічної доброчесності. 
Виконаний не свій варіант завдання здобувачем не оцінюється.
Робота, яка виконана після встановлених викладачем термінів, не приймається.
Відсутність здобувача на екзамені або на контрольній роботі відповідає оцінці «0».
Складання/перескладання екзаменів – за встановленим деканатом розкладом.
Під час лекції здійснювати телефонні дзвінки забороняється.
Під час розв’язання задач на МКР та екзамені дозволяється користуватися хімічними довідниками.