Systemy liniowe i stacjonarne

Podobne dokumenty
Przyrządy pomiarowe w elektronice multimetr

Formalizm liczb zespolonych

WSTĘP DO ELEKTRONIKI

Układ liniowy. Przypomnienie

Obwody prądu zmiennego

Wielkości opisujące sygnały okresowe. Sygnał sinusoidalny. Metoda symboliczna (dla obwodów AC) - wprowadzenie. prąd elektryczny

Układ liniowy. Przypomnienie

2.Rezonans w obwodach elektrycznych

Siła elektromotoryczna

Ćwiczenie 3 BADANIE OBWODÓW PRĄDU SINUSOIDALNEGO Z ELEMENTAMI RLC

LABORATORIUM OBWODÓW I SYGNAŁÓW

Podstawy fizyki sezon 2 7. Układy elektryczne RLC

Induktor i kondensator. Warunki początkowe. oraz ciągłość warunków początkowych

Wykład Drgania elektromagnetyczne Wstęp Przypomnienie: masa M na sprężynie, bez oporów. Równanie ruchu

Podsumowanie tego co było dotychczas. w.4, p.1

REZONANS SZEREGOWY I RÓWNOLEGŁY. I. Rezonans napięć

Warunek zaliczenia wykładu: wykonanie sześciu ćwiczeń w Pracowni Elektronicznej

Podstawy Elektrotechniki i Elektroniki. Opracował: Mgr inż. Marek Staude

Wykład VII ELEMENTY IDEALNE: OPORNIK, CEWKA I KONDENSATOR W OBWODZIE PRĄDU PRZEMIENNEGO

POMIARY CHARAKTERYSTYKI CZĘSTOTLIWOŚCIOWEJ IMPEDANCJI ELEMENTÓW R L C

Charakterystyki częstotliwościowe elementów pasywnych

PRAWO OHMA DLA PRĄDU PRZEMIENNEGO

PRAWO OHMA DLA PRĄDU PRZEMIENNEGO

29 PRĄD PRZEMIENNY. CZĘŚĆ 2

w7 58 Prąd zmienny Generator Napięcie skuteczne Moc prądu Dodawanie prądów zmiennych Opór bierny

) I = dq. Obwody RC. I II prawo Kirchhoffa: t = RC (stała czasowa) IR V C. ! E d! l = 0 IR +V C. R dq dt + Q C V 0 = 0. C 1 e dt = V 0.

Pracownia Technik Informatycznych w Inżynierii Elektrycznej

Wartość średnia półokresowa prądu sinusoidalnego I śr : Analogicznie określa się wartość skuteczną i średnią napięcia sinusoidalnego:

ładunek pobrany ze źródła jest równy sumie ładunków na poszczególnych kondensatorach

OBWODY JEDNOFAZOWE PRĄDU PRZEMIENNEGO

Ćwiczenie 3 Obwody rezonansowe

Oczko (pętla) w obwodzie elektrycznym.

Czym jest oporność wejściowa anteny i co z tym robić?

w5 58 Prąd d zmienny Generator Napięcie skuteczne Moc prądu Dodawanie prądów w zmiennych Opór r bierny Podstawy elektrotechniki

rezonansu rezonansem napięć rezonansem szeregowym rezonansem prądów rezonansem równoległym

Przyjmuje się umowę, że:

WYKŁAD 2 Pojęcia podstawowe obwodów prądu zmiennego

u(t)=u R (t)+u L (t)+u C (t)

Co było na ostatnim wykładzie?

Dr inż. Agnieszka Wardzińska 105 Polanka Konsultacje: Poniedziałek : Czwartek:

Co było na ostatnim wykładzie?

1 T. Sygnały. Sygnał okresowy f(t) Wartość średnia sygnału okresowego f(t) Sygnały f(t) Stałe. Zmienne f(t) const. Pulsujące Inne.

Laboratorium Półprzewodniki Dielektryki Magnetyki Ćwiczenie nr 8

1) Wyprowadź wzór pozwalający obliczyć rezystancję R AB i konduktancję G AB zastępczą układu. R 1 R 2 R 3 R 6 R 4

Elektrotechnika elektronika miernictwo Franciszek Gołek Wykład 3. Obwody prądu sinusoidalnego

Pracownia fizyczna i elektroniczna. Wykład lutego Krzysztof Korona

Moc (praca w jednostce czasu) pobierana przez urządzenie elektryczne wynosi:

FIZYKA 2. Janusz Andrzejewski

(EL1A_U09) 4. Przy otwartym przełączniku, woltomierz idealny wskazał 0. Po zamknięciu wyłącznika woltomierz i amperomierz idealny wskażą:

POLITECHNIKA WROCŁAWSKA, WYDZIAŁ PPT I-21 LABORATORIUM Z PODSTAW ELEKTROTECHNIKI I ELEKTRONIKI 2 Ćwiczenie nr 10. Dwójniki RLC, rezonans elektryczny

Impedancje i moce odbiorników prądu zmiennego

Laboratorium Wirtualne Obwodów w Stanach Ustalonych i Nieustalonych

EUROELEKTRA Ogólnopolska Olimpiada Wiedzy Elektrycznej i Elektronicznej Rok szkolny 2014/2015

Przyrządy elektroniki oscyloskop

WSTĘP DO ELEKTRONIKI

BADANIE REZONANSU W SZEREGOWYM OBWODZIE LC

Pracownia fizyczna i elektroniczna. Wykład 1. 9 marca Krzysztof Korona

8. ELEMENTY RZECZYWISTE W OBWODACH PRĄDU ZMIENNEGO Cewka indukcyjna rzeczywista - gałąź szeregowa RL

LABORATORIUM ELEKTRONIKI

Elektrotechnika i elektronika (konspekt) Franciszek Gołek Wykład 3. Obwody prądu sinusoidalnego

Generator. R a. 2. Wyznaczenie reaktancji pojemnościowej kondensatora C. 2.1 Schemat układu pomiarowego. Rys Schemat ideowy układu pomiarowego

Pomiar indukcyjności.

u (0) = 0 i(0) = 0 Obwód RLC Odpowiadający mu schemat operatorowy E s 1 sc t = 0 i(t) w u R (t) E u C (t) C

Podstawy elektroniki

2. REZONANS W OBWODACH ELEKTRYCZNYCH

Podstawy Elektrotechniki i Elektroniki. Opracował: Mgr inż. Marek Staude

Ryszard Kostecki. Badanie własności filtru rezonansowego, dolnoprzepustowego i górnoprzepustowego

BADANIE SZEREGOWEGO OBWODU REZONANSOWEGO RLC

I. Cel ćwiczenia: Poznanie własności obwodu szeregowego, zawierającego elementy R, L, C.

ELEKTRONIKA W EKSPERYMENCIE FIZYCZNYM

Badanie zjawiska rezonansu elektrycznego w obwodzie RLC

Teoria obwodów. 1. Zdanie: skutek kilku przyczyn działających równocześnie jest sumą skutków tych przyczyn działających oddzielnie wyraża:

Wyprowadzenie wzorów na impedancję w dwójniku RLC. ( ) Przez dwójnik przepływa przemienny prąd elektryczny sinusoidalnie zmienny opisany równaniem:

Wzmacniacz jako generator. Warunki generacji

Ćwiczenie nr 1. Badanie obwodów jednofazowych RLC przy wymuszeniu sinusoidalnym

Obliczanie i pomiary parametrów obwodów prądu jednofazowego 311[08].O1.04

ĆWICZENIE 1 JEDNOFAZOWE OBWODY RLC. Informatyka w elektrotechnice ZADANIA DO WYKONANIA

Laboratorium Podstaw Elektrotechniki i Elektroniki

II. Elementy systemów energoelektronicznych

13 K A T E D R A F I ZYKI S T O S O W AN E J

07 K AT E D R A FIZYKI STOSOWA N E J

Podstawy Elektrotechniki i Elektroniki. Opracował: Mgr inż. Marek Staude

Teoria obwodów / Stanisław Osowski, Krzysztof Siwek, Michał Śmiałek. wyd. 2. Warszawa, Spis treści

Wydział IMiC Zadania z elektrotechniki i elektroniki AMD 2014 AMD

INSTRUKCJA LABORATORIUM TECHNIK INFORMACYJNYCH

Teoria sterowania - studia niestacjonarne AiR 2 stopień

Pomiar mocy czynnej, biernej i pozornej

I. Cel ćwiczenia: Poznanie własności obwodu szeregowego zawierającego elementy R, L, C.

4.2 Analiza fourierowska(f1)

DANE: wartość skuteczna międzyprzewodowego napięcia zasilającego E S = 230 V; rezystancja odbiornika R d = 2,7 Ω; indukcyjność odbiornika.

ĆWICZENIE nr 5. Pomiary rezystancji, pojemności, indukcyjności, impedancji

Generatory drgań sinusoidalnych LC

Ćw. 27. Wyznaczenie elementów L C metoda rezonansu

Wykład FIZYKA II. 4. Indukcja elektromagnetyczna. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

I= = E <0 /R <0 = (E/R)

R 1 = 20 V J = 4,0 A R 1 = 5,0 Ω R 2 = 3,0 Ω X L = 6,0 Ω X C = 2,5 Ω. Rys. 1.

Elektrotechnika elektronika miernictwo Franciszek Gołek Wykład 3. Obwody prądu sinusoidalnego

Szeregowy obwód RLC. u(t)=u R (t)+u L (t)+u C (t) U L = R U U L C U C DOBROĆ OBWODU. Obwód rezonansowy szeregowy - częstość rezonansowa = 1.

LABORATORIUM ELEKTRONIKI OBWODY REZONANSOWE

z ćwiczenia nr Temat ćwiczenia: BADANIE RÓWNOLEGŁEGO OBWODU RLC (SYMULACJA)

Transkrypt:

Systemy liniowe i stacjonarne Układ (np.: dwójnik) jest liniowy wtedy i tylko wtedy gdy: Spełnia własność skalowania (jednorodność): T [a x (t )]=a T [ x (t)]=a y (t ) Jeśli wymuszenie zostanie przeskalowane to odpowiedź układu zostanie również przeskalowana z takim samym współczynnikiem. Spełnia własność addytywności: T [ x (t)+ x (t)]=t [x (t)]+t [ x (t)]= y (t)+ y (t ) Odpowiedź układu na sumę wymuszeń jest równa sumie odpowiedzi układu na każde wymuszenie osobno: Złożenie tych dwóch własności daje: y (t)=t [a x (t)+a x (t)]=a T [ x (t )]+a T [ x (t)]=a y (t )+a y (t) gdzie y(t) jest odpowiedzią na wymuszenie x(t) a y(t) to odpowiedź na w.3, p. wymuszenie x(t), a a dowolne stałe.

Układy liniowe: skalowalność Wymuszenie x(t) uwe(t) Układ liniowy Odpowiedź y(t) uwy(t) uwy (t ) Skalowalność: U0 Wymuszenie uwe(t), odpowiedź uwy(t): w.3, p. T 0 U 0 t

Układy liniowe: addytywność Wymuszania uwe i uwe: u we (t) Odpowiedzi uwyi uwy: Układ liniowy R =R u wy (t ) t t u we (t) R =R u wy (t) t t Addytywność: Wymuszenie: u we (t)+u we (t) u wy (t) Odpowiedź: u wy (t )=u wy (t)+ uwy (t) w.3, p.3 t

Systemy stacjonarne Układ stacjonarny (niezmienny w czasie) (np..: dwójnik) to układ w którym na przesunięte w czasie o t0 wymuszenie, otrzymuje się przesuniętą w czasie o t0 odpowiedź o niezmienionym kształcie: w.3, p.4

Systemy liniowe i stacjonarne Ogólnie z założenia liniowości i stacjonarności wynika: Jeśli wymuszenie ma postać: x (t)= A e p jest parametrem niezależnym od czasu. pt To odpowiedź ma postać: y (t )=C ( p)e pt C(p) zależy tylko od p oraz rodzaju elementu np.: R, C, L Opertor T, nazywany też funkcją odpowiedzi: pt y (t ) C ( p)e C ( p) T ( p)= = = pt x (t) A Ae w.3, p.5 Dotychczas poznane elementy bierne i dwójniki: na nich budowane układy są liniowe i stacjonarne.

Systemy (np.: dwójniki) liniowe i stacjonarne Rozważmy wymuszenie postaci: x (t) i(t)= A e pt i(t +t 0)= A e pt e pt =e pt i (t) 0 0 dla elementów liniowych mamy odpowiedź: pt 0 u(t + t 0 )=u(t )e u (t)(+ pt 0 ) dla małych t0 rozwijamy u(t+t0) w szereg Taylora w otoczeniu punktu t: u(t + t 0 )=u(t )+t 0 u ' (t ) porównując dwa ostatnie wyrażenia dostajemy: u(t )+t 0 u '(t )=u (t)+ u(t ) pt 0 zatem: t 0 u ' (t )=u (t) pt 0 i dalej: w.3, p.6 ln u= pt + c ' ( p) du = pdt /... u du = pu(t ) dt ( pt +c ' ( p)) u=e =C ( p)e pt c.b.d.o.

Systemy (np.: dwójniki) liniowe i stacjonarne Do opisu układów w przypadku gdy wymuszenie jest sygnałem sinusoidalnym, wygodnie jest stosować uogólniony formalizm wykorzystujący liczby zespolone. Możemy wówczas przedstawić wymuszenie sinusoidalne w postaci: x (t )= A e jωt j jednostka urojona, = f (f częstotliwość wymuszenia) Odpowiedzią układu liniowego i stacjonarnego na wymuszenie sinusoidalne jest sygnał sinusoidalny o tej samej częstotliwości: y (t )=T ( j ω) A e j ωt Funkcja odpowiedzi T zależy od częstotliwości i charakteryzuje układ. w.3, p.7

Dwojniki bierne (liniowe i stacjonarne) Dla dwójników funkcja odpowiedzi T(p) określająca reakcję napięcia u(t) na przepływający przez dwójnik prąd i(t): u(t ) T ( p)= i (t) Dla wymuszenia (prądy sinusoidalne): i (t)=i 0 e jωt Odpowiedź dwójnika ma postać: u(t)=u 0 (ω)e jωt W tym przypadku funkcja odpowiedzi, T(ω), to impedancja dwójnika oznaczona jako Z(ω). U 0 (ω) Przypomnienie: Z (ω)= w.3, p.8 I0 ω= π f

Sprawdzenie czy układ RC jest liniowy Wymuszenie typu sinus, odpowiedź typu sinus, o tej samej częstotliwości f co f wymuszenia (dla dowolnego f ): A sin ( π ft ) A sin ( π f t +ϕ) w.3, p.9

Impedancja Z =R + jx = Z e j Φ R rezystancja (opór) X reaktancja (oporność bierna) Z = R + X X Φ=arctg( ) R 0 R < Admitancja: Y = =G + jb Z G konduktancja B susceptancja w.3, p.0 < X < + π Φ π

Dwójnik liniowy bierny prądy sinusoidalne Napięcie i prąd: u (t)=u m cos(ω t +ϕ u)=ℜ [ U m e i(t)=i m cos(ω t +ϕi )= ℜ [ I m e j(ω t + ϕu) j(ω t + ϕi ) ] ] Napięcie i prąd uogólnione: ~ u (t)=u m e j(ω t + ϕ ) u ~i(t)=i e j (ω t +ϕ ) m i Uogólnione prawo Ohma: jφ ~i(t)= ~ u(t) Z ( t )= Z e Z ~i(t )= e j Φ U e j (ω t +ϕ )= U m e j (ω t +ϕ Φ) m Z Z u w.3, p. Um I m= Z u ϕi=ϕu Φ Φ=ϕu ϕi

Idealny rezystor u (t)=u m cos(ω t +ϕ u) i(t)=i m cos(ω t +ϕi ) Z R =R Z R =R, Um I m=, ϕu =ϕ i R w.3, p. Φ =0

Impendancja idealnego kondensatora Wymuszenie: i (t )=I m e jωt Odpowiedź: t Im jωt jωt' u(t )= I m e dt '= e C 0 C jω Zatem impedancja kondensatora: u (t) Z C (ω)= = i(t ) j ω C w.3, p.3

Idealny kondensator u (t)=u m cos(ω t +ϕ u) i(t)=i m cos(ω t +ϕi ) j j π/ Z C = jx C = = e ωc ωc RC =0, X C = ωc Z =, Φ C = π C ωc I m =ω C U m, ϕ i=ϕu +π / w.3, p.4

Equivalent series resistance (ESR) w.3, p.5

Impendancja idealnej cewki Wymuszenie: i (t )=I m e jωt Odpowiedź: di(t ) jωt u(t )= L =L j ω I m e dt Zatem impedancja cewki: u (t ) Z L (ω)= =jωl i (t ) w.3, p.6

Idealny cewka u (t)=u m cos(ω t +ϕ u) i(t)=i m cos(ω t +ϕi ) Z L = jx L = j ω L=ω L e j π/ R L =0, X L =ω L Z L =ω L, Φ L = π I m= w.3, p.7 U m, ϕi =ϕ u π / ωl

R, L, C podsumowanie v (t )=R i(t ) Z R=R dv dt Z C= i=c v (t )=L w.3, p.8 d i(t ) dt jωc Z L= j ω L

Łączenie impedancji Połączenie szeregowe: Impedancja zastępcza: n Z = Z k k= Połączenie równoległe: n = Z k = Z k w.3, p.9

Dwójnik szeregowy RC Impedancja zastępcza: j Z =Z R + Z C =R ωc zatem: w.3, p.0 Z = R + ωc Φ=arctg ω RC Przykład: ( ) R=50 Ω C=00 nf f = MHz Z = 50 + =... 6 9 3.4 0 00 0 (...=50. Ω )

Dwójnik szeregowy RLC Impedancja zastępcza: j Z =Z R + Z L + Z C =R + j ω L =... ωc...=r + j ω L ωc ( ) zatem: Z = R + ω L ωc ω L ω RC Φ=arctg R w.3, p. ( Przykład: R=50 Ω ; L=0 mh ; C=00 nf f =50 Hz ) Z = 50 + 6.8 50 0 0 =... 9 6.8 50 00 0 ( 3... 3.8 k Ω )

Dwójnik szeregowy RLC Rezonans napięć : Przy pewnej częstości prądu = 0 reaktancja układu X=0, a zatem Z = (R+X) osiąga wartość minimalną równą R. Dla napięcia o stałej amplitudzie Um, amplituda prądu Im osiąga przy tej częstości wartość maksymalną. Przesunięcie fazy pomiędzy napięciem a prądem =0. Spadek napięcia na cewce jest przeciwny do spadku napęcia na kondensatorze, ul(t) + uc(t) = 0; całkowite napięcie jest równe spadkowi napięcia na oporniku. w.3, p. =0 Częstość rezonansowa 0: ω0 L ω0 C ω0 = LC

Dwójnik równoległy LC Impedancja zastępcza: Z= + Z L ZC = + j ωc jωl ( ) (...= j ( ωc ) ωl ) =... Rezonans prądów: Przy pewnej częstości = 0, nazwanej częstością rezonansową, Z. Całkowity prąd i(t)=il(t) + ic(t) = 0. Prądy płynące przez cewkę i kondensator, il(t) = ic(t), mogą osiągać znaczne wartości. ω0 = LC w.3, p.3

Moc wydzielona na dwójniku biernym Dla prądu sinusoidalnego: i(t )=I m cos (ω t ) u(t )=U m cos (ω t +Φ) Zatem moc średnia: T T P= U m I m cos (ω t +Φ )cos (ω t)dt=...=u m I m cos(φ) cos (ω t )dt =... T T 0 0 P= U m I m cos(φ) Zauważmy że : Albo: P =I R sk R P=U I cos (Φ) sk sk sk P= I Z cos (Φ ) w.3, p.4 PC =0 P L =0

Przekazywanie maksymalnej mocy pomiędzy układami (sygnały stałe) Przekazana moc jest maksymalna gdy: d P ( R+ R W ) E E R ( R+ R W ) = =0 4 dr ( R + RW ) czyli: ( R+ RW ) R ( R + RW )=0 stąd dostajemy: R=RW w.3, p.5 E Pmax = 4 RW

Przykład na transfer mocy Jaka wartość RL aby moc dostarczona do obciążenia wynosiła połowę maksymalnej mocy jaką może dostarczyć źródło? Moc maksymalna: Moc wydzielona na obciążeniu: Połowa maksymalnej mocy to 0.5 W: w.3, p.6

Przekazywanie maksymalnej mocy pomiędzy dowlonymi układami (impedancje i sygnały sinusoidalne) w.3, p.7

Przekazywanie maksymalnej mocy pomiędzy układami (Z=R, sygnały sinusoidalne) w.3, p.8

Przekazywanie maksymalnej mocy pomiędzy układami Dopasowanie mocy (przekazanie maksymalnej mocy) jest konieczne dla trzech sytuacji: gdy sygnały są bardzo małe, zatem straty mocy powodują niekorzystny stosunek sygnału do szumu, np.: anteny w odbiornikach TV, radio, radar etc. elektronika wysokich częstości Z ekonomicznego punktu widzenia należy uzyskać maksymalny przekaz mocy np.: anteny nadawcze (sygnały z nadajnika są stosunkowe duże) w.3, p.9