background image

Obwody Elektryczne i Magnetyczne 

 

®

 

 

1  

 

 

 

 

 

Obwody Elektryczne 

Transformata Laplace’a -Transmitancja 

 

Prowadzący: dr inż. Tomasz Sikorski 

 

Instytut Podstaw Elektrotechniki i Elektrotechnologii 

Wydział Elektryczny 

Politechnika Wrocławska 

 

D-1, 205/1 

tel: (071) 320 21 60 

fax: (071) 320 20 06 

email: 

tomasz.sikorski@pwr.wroc.pl

 
 
 
 

background image

Obwody Elektryczne i Magnetyczne 

 

®

 

 

2  

 

 

 

1.  Przejście sygnału przez układ w zapisie operatorowym..........................................................................................................................................................3 

1.1 

Transmitancja operatorowa – definicja, związki z odpowiedzią jednostkową i impulsową układu ...............................................................................4 

1.2 

Wyznaczanie transmitancji operatorowej........................................................................................................................................................................7 

1.3 

Wykorzystanie transmitancji operatorowej ...................................................................................................................................................................10 

1.4 

Transmitancja operatorowa a stabilność układu............................................................................................................................................................20 

 
 

background image

Obwody Elektryczne i Magnetyczne 

 

1. Przejście sygnału przez układ w zapisie operatorowym 

Wprowadzając metodę operatorową sukcesywnie transformowaliśmy zapisy czasowe praw Kirchhoffa w 
ich formę operatorową, oraz związki prądowo-napięciowe z ich postaci różniczkowo-całkowych do postaci 
operatorowego prawa Ohma i wreszcie reprezentacji elementów obwodu w schemacie operatorowym. Tak 
efektywna reprezentacja była możliwa dzięki takim właściwością transformaty Laplace’a jak liniowość 
przekształcenia czy transformata z pochodnej.  
Podobnie jak to było w analizie stanu nieustalonego metodą klasyczną powraca pytanie, czy nie 
zmieniając analizowanego obwodu, a jedynie charakter wymuszenia, muszę ponownie wykonywać pełną 
analizę obwodową metodą operatorową? Czy załączając dany układ na napięcia stałe, sinusoidalne, 
wykładnicze – dowolne zadane, wymagać będzie to ode mnie ponownej analizy operatorowej? 
Tak stawiane pytania przywołują rozpatrywane już wcześniej pojęcie przejścia (transmisji) sygnału przez 
układ, z podstawową relacją pomiędzy wejściem a wyjściem układu, pomiędzy wymuszeniem a 
odpowiedzią. Wracając do dziedziny czasu, tak postawione relacje skłoniły nas do opisu obwodu 
pomiędzy wejściem a wyjściem za pomocą specjalnych charakterystyk. Obwód pełni więc rolę układu, a 
wspomniane charakterystyki to odpowiedź impulsowa i odpowiedź skokowa układu. W postaci 
matematycznych funkcji czasowych uzyskujemy jednoznaczną reprezentuję fizycznej strukturę obwodu 
pomiędzy wejściem a wyjściem.  
Wykorzystanie odpowiedzi skokowej k(t) czy odpowiedzi impulsowej h(t) do wyznaczania odpowiedzi y(t) 
układu na dowolne wymuszenie x(t) oparte zostało na operacji splotu: 

( )

( ) ( )

d

y t

x t

k t

dt

=

®

 

 

3  

 

 

 

 

Całka Duhamela 

( )

x t

(

SLS

)

y t

( )

h t

WE

WY

( ) ( ) ( )

y t

x t

h t

=

( )

 

k t

Całka splotowa 

 

background image

Obwody Elektryczne i Magnetyczne 

 

1.1 Transmitancja operatorowa – definicja, związki z odpowiedzią jednostkową i 

impulsową układu  

 
Definicja 1 transmitancji operatorowej: 
W układzie mającym  n par zacisków, każdej parze zacisków odpowiada napięcie i prąd. Transmitancją 
operatorową nazywamy stosunek transformat sygnału wyjściowego układu (odpowiedzi) do transformaty 
sygnału wejściowego (wymuszenia) przy warunkach początkowych zerowych 

( )

( )

( )

Y s

H s

X s

=

 

Transmitancja może być stosunkiem transformat napięcia wyjściowego do napięcia wejściowego, prądu 
wyjściowego do prądu wejściowego, oraz napięcia wyjściowego do prądu wejściowego i prądu 
wyjściowego na napięcia wejściowego. Transmitancja nosi również nazwę funkcji przenoszenia lub tzw. 
imitancji wzajemnej
 

( )

( )

2

1

U

s

U

s

( )

( )

2

1

U

s

I

s

(s)

I

(s)

(s)

1

1

2

I

(s)

2

 - transmitancja napięciowa

 - transmitancja impedancyjna 

( )

( )

2

1

I

s

I

s

( )

( )

2

1

I

s

U

s

 - transmitancja prądowa 

 - transmitancja admitancyjna 

UWAGA: Transmitancja operatorowa nie zależy od wymuszenia, a jedynie od budowy obwodu pomiędzy 
parą zacisków wejściowych a wyjściowych 

®

 

 

4  

 

 

 

background image

Obwody Elektryczne i Magnetyczne 

 

Do określenia transmitancji operatorowej i powiązania z wprowadzonymi już charakterystykami odpowiedzi 
impulsowej i skokowej układu, posłużymy się podobnym mechanizmem jak w przypadku adaptacji praw 
Kirchhoffa czy związków prądowo-napięciowych na elementach obwodu. Poddamy transformacie 
Laplace’a związek pomiędzy wejściem a wyjściem układu w dziedzinie czasu i przedstawimy go w 
dziedzinie operatorowej: 

Dziedzina czas 

Dziedzina operatorowa (zespolona) 

( )

( ) ( )

( ) ( ) ( )

y t

x t

h t

=

Y s

X s

H s

=

 

 

( )

x t

( )

y t

WE

WY

( )

h t

( )

k t

SLS

( )

X s

( )

Y s

WE

WY

( )

H s

( )

K s

SLS

 

 

( )

( )

( )

Y s

X s

s K s

=

⋅ ⋅

( )

( ) ( )

( )

( )

d

d

y t

x t

k t

x t

k t

dt

dt

=

=

 

 

Na podstawie właściwości transformaty splotu (tw. Borel’a) : 

( )

( )

{

}

( ) ( )

L

1

2

1

2

f t

f

t

F s

F s

=

 

Definicja 2 transmitancji operatorowej
Transmitancja operatorowa jest transformatą Laplace’a odpowiedzi impulsowej układu 
 
 
 
 
 
 
 

®

 

 

5  

 

 

 

background image

Obwody Elektryczne i Magnetyczne 

 

Zazwyczaj łatwiej jest wyznaczyć odpowiedź jednostkową niż impulsową. Podkreślmy zatem poszczególne 
zależności pomiędzy odpowiedzią jednostkową a impulsową, a także pomiędzy transformatą Laplace’a 
odpowiedzi jednostkowej a transformatą Laplace’a odpowiedzi impulsowej, czyli transmitancją: 

Dziedzina czas 

Dziedzina operatorowa (zespolona) 

( )

H

( )

h t

s

 

 

( )

( )

H s

s K s

= ⋅

( )

( )

d

h t

k t

dt

=

 

 

 
W przypadku napięć i prądów wejściowych dla dwójnika możemy również rozważyć zależności pomiędzy 
transformatami sygnałów wejściowych. Nazwiemy tę zależność imitancją operatorową.  
 
Definicja imitancji operatorowej wejściowej:  
Imitancją operatorową nazwiemy stosunek transformaty napięcia i prądu dwójnika przy warunkach 
początkowych zerowych. Wielkość ta może być stosunkiem prądu do napięcia bądź napięcia do prądu. 

(s)

( )

( )

1

1

U

s

I

s

(s)

1

1

 - imitancja operatorowa (impedancja) 

( )

( )

1

1

I

s

U

s

 - imitancja operatorowa (admitancja) 

 

UWAGA: Imitancja obwodu nie zależy od wymuszenia a jedynie od budowy obwodu pomiędzy zaciskami. 

®

 

 

6  

 

 

 

background image

Obwody Elektryczne i Magnetyczne 

 

1.2 Wyznaczanie transmitancji operatorowej 

 
Wprowadzenie w dziedzinie czasu odpowiedzi impulsowej miało służyć jednoznacznej charakterystyce 
obwodu pozostającego pomiędzy parą zacisków wejściowych i wyjściowych, niezależnej od wymuszenia. 
Podobnie w przypadku transmitancji operatorowej spodziewamy się możliwości jej jednoznacznego 
wyznaczenia, niezależnie od wymuszenia, tj. opierając się jedynie na budowie obwodu pomiędzy parą 
zacisków wejściowych a wyjściowych. Przypomnijmy, że do wyznaczania transmitancji przyjmujemy 
zerowe warunki początkowe. 
 
Najczęstszy przykład wyznaczania transmitancji dotyczy transmitancji napięciowej, tj. stosunku 
transformaty napięcia wyjściowego  U

2

(s) do wejściowego  U

1

U

2

(s)

U

1

(s)

Z

2

(s)

Z

1

(s)

WY

WE

(s). Pokażemy,  że transmitancję  tą 

jednoznacznie określa relacja impedancji operatorowych tworzących dzielnik operatorowy napięcia 
wejściowego.  

( )

( )

( )

Y s

H s

X s

=

Nawiązując do definicji transmitancji operatorowej:

 

określimy sygnały wejściowe i wyjściowej jako 

( )

( )

1

X s

U s

=

 oraz 

( )

( )

2

Y s

U

s

=

®

 

 

7  

 

 

 

Napięcia U

2

(s) oraz U

1

(s) łączy relacja dzielnika napięciowego w postaci: 

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

2

2

2

2

1

1

2

1

1

2

Z

s

U

s

Z

s

U

s

U

s

H s

Z

s

Z

s

U

s

Z

s

Z

s

=

=

=

+

+

 

 

background image

Obwody Elektryczne i Magnetyczne 

 

Przykład 1: Wyznacz transmitancję operatorową układu 

Dziedzina czas 

Dziedzina operatorowa (zespolona) 

U

2

(s)

U

1

(s)

Z

2

(s)

Z

1

(s)

WE

WY

C

u

c

(t)

i(t)

u

R

(t)

WY

WE

 

 

( )

1

Z s

R

=

 

( )

2

1

Z

s

sC

=

 

( )

( )

( )

( )

( )

( )

2

2

1

1

2

1

1

U

s

Z

s

1

1

1

sc

sC

H s

1

sRC

1

1

U

s

Z

s

Z

s

sRC

1

RC

R

s

sc

sC

RC

=

=

=

=

=

=

+

+

+

+

+

 

 
 
 
 
 
 

®

 

 

8  

 

 

 

background image

Obwody Elektryczne i Magnetyczne 

 

Przykład 2: Wyznacz transmitancję operatorową układu 

Dziedzina czas 

Dziedzina operatorowa (zespolona) 

C

R

u

2

(t)

u

1

(t)

R

WE

WY

U

2

(s)

U

1

(s)

Z

2

(s)

Z

1

(s)

WE

WY

 

 

( )

1

Z s

R

=

 

( )

2

1

1

sRC

Z

s

R

sC

sC

+

= +

=

 

( )

( )

( )

( )

( )

( )

2

2

1

1

2

sRC

1

sRC

1

U

s

Z

s

sRC

1

RC

sC

sC

H s

sRC

1

s2RC

1

U

s

Z

s

Z

s

s2RC

1

R

sC

sC

+

+

+

=

=

=

=

=

=

+

+

+

+

+

2 RC

1

s

RC

1

s

2RC

+

=

+

 

1

1

1

s

1

1

1

1

1

2RC

2RC

2RC

1

1

1

1

2

2

2

2RC

s

s

s

2RC

2RC

2RC

+

+

=

=

+

= +

+

+

+

 

®

 

 

9  

 

 

 

background image

Obwody Elektryczne i Magnetyczne 

 

1.3 Wykorzystanie transmitancji operatorowej 

Wykorzystanie reprezentacji obwodu pomiędzy wejściem a wyjściem w postaci transmitancji operatorowej 
daje możliwości efektywnego wykorzystania tej formy głównie w dwóch przypadkach: 

1. wyznaczania odpowiedzi impulsowej h(t) i skokowej k(t) układu, 
2. wyznaczania odpowiedzi układu y(t) na zadane wymuszenie x(t)

 
Ad.1.  Możliwość wyznaczania odpowiedzi impulsowej i skokowej układu za pomocą transmitancji 
operatorowej wynika z bezpośrednich związków: 

( )

( )

{

}

( )

L

L

1

1

H s

k t

K s

s

=

=

( )

( )

{

}

L

1

h t

H s

=

 

Przykład 1: wyznacz odpowiedź impulsową i jednostkową układu: 

Dziedzina czas 

Dziedzina operatorowa (zespolona) 

U

2

(s)

U

1

(s)

Z

2

(s)

Z

1

(s)

WE

WY

C

u

c

(t)

i(t)

u

R

(t)

WY

WE

 

( )

1

1

H s

1

RC

s

RC

=

+

 

 

( )

( )

?,

?

h t

k t

=

=

 

 

®

 

 

10  

 

 

 

background image

Obwody Elektryczne i Magnetyczne 

 

Odpowiedź impulsowa h(t): 

( )

( )

{

}

( )

L

L

1

t

1

1

RC

1

1

1

h t

H s

e

1 t

1

RC

RC

s

RC

=

=

=

⎬ ⎢

+

 

Odpowiedź skokowa k(t): 

( )

( )

{

}

( )

L

L

L

L

1

1

1

1

H s

1

1

1

1

k t

K s

1

1

s

RC

RC

s s

s s

RC

RC

=

=

=

=

+

+

 

Transformata odpowiedzi jednostkowej K(s) posiada dwa bieguny rzeczywiste pojedyncze: 

,

;

,

1

1

2

2

1

s

0 n

1 s

n

1

RC

=

=

=

=

 

Odwrotną transformatę znajdziemy wykorzystując rozkład na ułamki proste formy: 

11

21

A

A

1

1

1

s

s

s s

RC

RC

=

+

+

+

 

 
 

®

 

 

11  

 

 

 

background image

Obwody Elektryczne i Magnetyczne 

 

lim

11

A

s

s

0

=

1

s

RC

1

s

RC

=

+

 

lim

11

1

A

s

1

RC

s

RC

=

+

→ −

1

1

s s

RC

+

RC

= −

 

Stąd: 

( )

( )

L

L

L

1

t

1

1

1

11

21

RC

A

A

1

1

RC

RC

1

1

k t

1 e

1 t

1

1

1

RC

s

RC

s

s

s

s

s

RC

RC

RC

=

+

=

+

=

=

⎬ ⎢

+

+

+

 
UWAGA: Proszę porównać proces wyznaczania odpowiedzi impulsowej i skokowej za pomocą 
transmitancji operatorowej z metodą wykorzystującą pełną analizę klasyczną obwodu przy wymuszaniu 
skokiem jednostkowym (wykład 06 z wykorzystaniem wykładu 3) 
 
 
 
 
 

®

 

 

12  

 

 

 

background image

Obwody Elektryczne i Magnetyczne 

 

Przykład 2: wyznacz odpowiedź impulsową i jednostkową układu: 

Dziedzina czas 

Dziedzina operatorowa (zespolona) 

C

R

u

2

(t)

u

1

(t)

R

WE

WY

U

2

(s)

U

1

(s)

Z

2

(s)

Z

1

(s)

WE

WY

 

 

( )

( )

?,

?

h t

k t

=

=

( )

1

s

1

1

1

1

RC

H s

1

1

2

2

2RC

s

s

2RC

2RC

+

=

= +

+

+

 

 

 

 
Odpowiedź impulsowa h(t): 

( )

( )

{

}

( )

( )

L

L

1

t

1

1

2 RC

1

1

1

1

1

h t

H s

t

e

1 t

1

2

2RC

2

2RC

s

2RC

δ

=

=

+

=

+

⎬ ⎢

+

 

 
 
 

®

 

 

13  

 

 

 

background image

Obwody Elektryczne i Magnetyczne 

 

 
Odpowiedź skokowa k(t): 

( )

( )

{

}

( )

L

L

L

L

1

1

1

1

1

1

s

s

H s

1

1

RC

RC

k t

K s

1

1

s

2

2

s

s s

2RC

2RC

+

+

=

=

=

= ⋅

+

+

 

Transformata odpowiedzi jednostkowej K(s) posiada dwa bieguny rzeczywiste pojedyncze: 

,

;

,

1

1

2

2

1

s

0 n

1 s

n

1

2RC

=

=

=

=

 

Odwrotną transformatę znajdziemy wykorzystując rozkład na ułamki proste formy: 

11

21

1

s

A

A

RC

1

1

s

s

s s

2RC

2RC

+

=

+

+

+

 

 
 

®

 

 

14  

 

 

 

background image

Obwody Elektryczne i Magnetyczne 

 

lim

11

A

s

s

0

=

1

s

RC

s

+

1

RC

2

1

1

s

2RC

2RC

=

=

+

 

lim

11

1

A

s

1

2RC

s

2RC

=

+

→ −

1

s

RC

1

s s

2RC

+

+

1

1

1

2RC

RC

2RC

1

1

1

2RC

2RC

+

=

=

=

 

Stąd: 

( )

( )

L

L

L

1

t

1

1

1

11

21

2 RC

A

A

1

1

2

1

1

1

1

1

k t

1

e

1 t

1

1

1

2

s

2

s

s

2

2

s

s

s

2RC

2RC

RC

= ⋅

+

= ⋅

+

=

+

=

⎬ ⎢

+

+

+

 
UWAGA: Proszę porównać proces wyznaczania odpowiedzi impulsowej i skokowej za pomocą 
transmitancji operatorowej z metodą wykorzystującą pełną analizę klasyczną obwodu przy wymuszaniu 
skokiem jednostkowym (samodzielnie) 
 
 
 

®

 

 

15  

 

 

 

background image

Obwody Elektryczne i Magnetyczne 

 

Transmitancja charakteryzuje jednoznacznie obwód pomiędzy wejściem a wyjściem, dzięki czemu nie jest 
konieczna pełna analiza obwodu w metodzie operatorowej, kiedy poruszamy kwestię odpowiedzi na różne 
wymuszenia.  
Ad.2.  Możliwość wyznaczania odpowiedzi układu na zadane wymuszenie za pomocą transmitancji 
operatorowej wynika z zapisu całki splotowej w postaci operatorowej: 

( )

( ) ( )

{

}

L

1

y t

H s

X s

=

( )

( ) ( )

{

}

L

1

y t

sK s

X s

=

 

 

Przykład 1: wyznacz odpowiedź układu na zadane wymuszenie ekspotencjalne 

( )

( )

( )

t

1

x t

u t

e

1 t

α

=

=

Dziedzina czas 

Dziedzina operatorowa (zespolona) 

U

2

(s)

U

1

(s)

Z

2

(s)

Z

1

(s)

WE

WY

C

u

c

(t)

i(t)

u

R

(t)

WY

WE

 

( )

1

1

H s

1

RC

s

RC

=

+

 

 

( )

( )

( )

( )

?

t

1

y t

x t

u t

e

1 t

α

=

=

=

 

( )

1

1

U

s

s

α

=

+

 

 

®

 

 

16  

 

 

 

background image

Obwody Elektryczne i Magnetyczne 

 

( )

( )

( ) ( )

{

}

L

L

1

1

2

1

1

1

y t

u t

H s

X s

1

RC

s

s

RC

α

=

=

=

+

+

 

Transformata odpowiedzi Y(s) posiada dwa bieguny rzeczywiste pojedyncze: 

,

;

,

1

1

2

1

s

2

n

1 s

n

1

RC

α

= −

=

= −

=

Odwrotną transformatę znajdziemy wykorzystując metodę residuów: 

( )

( )

( )

{

}

( )

{

}

( )

st

st

2

res

res

y t

u t

Y s e

Y s e

1 t

1

s

s

RC

α

=

=

+

= −

= −

 

( )

{

}

lim

st

res

1

1

Y s e

1

1

RC

s

s

1

s

RC

RC

RC

=

= −

→ −

+

(

)

1

s

RC

s

α

+

+

1

t

st

RC

1

1

e

e

1

RC

RC

α

=

=

+

1

1

t

t

RC

RC

1

1

e

e

1

RC

1

RC

α

α

=

= −

− +

 

®

 

 

17  

 

 

 

background image

Obwody Elektryczne i Magnetyczne 

 

( )

{

}

(

)

lim

st

res

1

1

Y s e

1

RC

s

s

s

s

RC

α

α

α

=

= −

→ −

+

+

(

)

s

α

+

st

t

1

1

e

e

1

RC

RC

α

α

=

− +

 

(

)

t

1

e

1

RC

α

α

=

 

 
Stąd: 

( )

( ) (

)

( )

1

t

t

RC

2

1

y t

u t

e

e

1 t

1

RC

α

α

=

=

 

 
UWAGA: Proszę porównać proces wyznaczania odpowiedzi analizowanego układu za pomocą 
transmitancji operatorowej z metodą wykorzystującą splot odpowiedzi impulsowej z zadanym 
wymuszeniem (wykład 06). 
 
 
 
 
 
 

®

 

 

18  

 

 

 

background image

Obwody Elektryczne i Magnetyczne 

 

 
Rozwiąż samodzielnie Przykład 2: wyznacz odpowiedź układu na zadane wymuszenie 
ekspotencjalne 

( )

( )

( )

t

1

x t

u t

e

1 t

α

=

=

Dziedzina czas 

Dziedzina operatorowa (zespolona) 

C

R

u

2

(t)

u

1

(t)

R

WE

WY

U

2

(s)

U

1

(s)

Z

2

(s)

Z

1

(s)

WE

WY

 

 

( )

( )

( )

( )

?

t

1

y t

x t

u t

e

1 t

α

=

=

=

( )

1

s

1

RC

H s

1

2

s

2RC

+

=

+

 

 

( )

1

1

U

s

s

α

=

+

 

 

Odp: 

( )

( ) (

)

(

)

( )

1

t

t

2 RC

2

1

RC

1

1

y t

u t

e

e

1 t

1

2RC

2 1

2RC

α

α

α

α

=

=

 

 

®

 

 

19  

 

 

 

background image

Obwody Elektryczne i Magnetyczne 

 

1.4 Transmitancja operatorowa a stabilność układu 

Jednym z ważnych zagadnień dotyczących pracy układów (systemów) jest pojęcie stabilności względem 
ograniczonego pobudzenia (wymuszania). Jest to stabilność typu BIBO (Bounded Input Bounded Output)
Warunkiem koniecznym i wystarczającym stabilności układu liniowego stacjonarnego o stałych 
współczynnikach (SLS) jest, by odpowiedź tego układu była ograniczona, tzn. przyjmowała postać 

( )

( ) ( )

o

h t

h t

t

δ

=

+

 

gdzie: 

( )

lim

o

h t

0

t

=

→ +∞

 - układ asymptotycznie stabilny, 

( )

lim

o

h t

0

t

≠ < ∞

→ +∞

 - układ na granicy stabilności, 

Przy ograniczonym wymuszeniu stabilność systemu jest cechą jedynie systemu i nie zależy od 
wymuszenia. Podobnie traktowaliśmy odpowiedź impulsową, jako charakterystykę jednoznacznie 
opisującą dany system, bez znaczenia na rodzaj wymuszenia. 
 
W dziedzinie operatorowej rolę podobnej niezależnej charakterystyki systemu pełni transmitancja 
operatorowa. A zatem podobnie jak istnieją związki pomiędzy charakterem odpowiedzi impulsowej a 
stabilnością, tak istnieją związki pomiędzy strukturą transmitancji a stabilnością.  
 
 
 
 

®

 

 

20  

 

 

 

background image

Obwody Elektryczne i Magnetyczne 

 

 
W układach SLS transmitancja ma najczęściej postać wielomianu: 

( )

( )

( )

( )

(

) (

)

(

®

 

 

21  

 

 

 

)

L

1

0

1

1

2

r

1

0

1

n

n

n

n

n

n

n 1

n

n

n

1

2

r

Y s

s

H s

a s

a s

a s

a

m

m 1

b s

b s

b s

b

X s

a

s

s

s

s

s

s

+

+ +

=

=

=

+

+ +

+

+

 

 
Warunkiem koniecznym i wystarczającym by układ SLS, o wymiernej transmitancji, był asymptotycznie 
stabilny w sensie BIBO jest, by wszystkie jego bieguny leżały w lewej półpłaszczyźnie, tzn. 

( )

{

}

( )

{

}

st L s

st M s

1. 

 

( )

k

M s

0

=

{ }

Re

k

s

0

<

;

 

2. Dla wszystkich biegunów transmitancji tj. 

 
Jednym ze sposobów badania stabilności układu jest określenie położenia biegunów transmitancji. 
 
Gdyby przyjrzeć się dokładnie rozkładowi transmitancji na ułamki proste możemy wyróżnić kilka 
szczególnych składników rozkładu. Ich budowa pozwala przewidzieć charakter odpowiedzi impulsowej na 
podstawie położenia biegunów. 
 
Rozważmy pewne szczególne położenia biegunów i związane z nim elementy rozkładu H(s) na ułamki 
proste w relacji do odpowiedzi impulsowej h(t): 
 
 
 
 

background image

Obwody Elektryczne i Magnetyczne 

 

 

1. Bieguny pojedyncze rzeczywiste w lewej półpłaszczyźnie zmiennej s 

Dziedzina operatorowa 

Dziedzina czasu 

Element rozkładu H(s) na ułamki proste 

Składnik odpowiedzi impulsowej h(t) 

 

( )

k

k

k

c

H

s

s

a

=

+

 

( )

( )

at

k

h t

ce

1 t

=

 

 

Pojedynczemu biegunowi w lewej półpłaszczyźnie 
s

Jeśli „a” jest dodatnie wyrażenie generuje 
biegun leżący na osi rzeczywistej w lewej 
półpłaszczyźnie zmiennej s
 w punkcie s

k

=-a odpowiada malejąca wykładniczo funkcja 

czasu  

k

=-a 

-1

0

1

2

3

4

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

hk

 
 

Im{s}

Re{s}

s =-a

k

 

 

 

 

®

 

 

22  

 

 

 

background image

Obwody Elektryczne i Magnetyczne 

 

 

2. Bieguny pojedyncze zespolone sprzężone w lewej półpłaszczyźnie zmiennej s 

Dziedzina operatorowa 

Dziedzina czasu 

Element rozkładu H(s) na ułamki proste 

Składnik odpowiedzi impulsowej h(t) 

 

( )

(

)

k

k

2

2

k

c

H

s

s

σ

ω

=

+

+

 

 

( )

( ) ( )

sin

t

k

c

h t

e

t 1 t

α

ω

ω

=

 

Jeśli „

σ

” jest dodatnie wyrażenie generuje 

bieguny zespolone sprzężone leżące w lewej 
półpłaszczyźnie zmiennej s
 :

Parze biegunów zespolonych sprzężonych leżących 
w lewej półpłaszczyźnie odpowiada tłumiona funkcja 
sinusoidalna 

k

s

j

σ

ω

= − +

 

oraz 

k

s

j

σ

ω

= − −

 

-1

0

1

2

3

4

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

hk

 

Im{s}

Re{s}

k

s

j

σ

ω

= − +

k

s

j

σ

ω

= − −

 

 

 

®

 

 

23  

 

 

 

background image

Obwody Elektryczne i Magnetyczne 

 

 

3. Bieguny pojedyncze zespolone sprzężone na osi urojonej płaszczyzny zmiennej s 

Dziedzina operatorowa 

Dziedzina czasu 

Element rozkładu H(s) na ułamki proste 

Składnik odpowiedzi impulsowej h(t) 

 

( )

( )

k

k

2

2

k

c

H

s

s

ω

=

+

 

 

( )

( ) ( )

sin

k

c

h t

t 1 t

ω

ω

=

 

Wyrażenie generuje bieguny zespolone 
sprzężone leżące na osi urojonej płaszczyzny 
zmiennej s
 w punkcie 

Parze biegunów zespolonych sprzężonych leżących 
na osi urojonej odpowiada funkcja sinusoidalna 

k

s

j

ω

=

k

s

j

ω

= −

 oraz 

 

-1

0

1

2

3

4

-0.08

-0.06

-0.04

-0.02

0

0.02

0.04

0.06

0.08

hk

 

Im{s}

Re{s}

k

s

j

ω

=

k

s

j

ω

= −

 

 

 

 

®

 

 

24  

 

 

 

background image

Obwody Elektryczne i Magnetyczne 

 

 

4. Bieguny pojedyncze rzeczywiste w prawej półpłaszczyźnie zmiennej s 

Dziedzina operatorowa 

Dziedzina czasu 

Element rozkładu H(s) na ułamki proste 

Składnik odpowiedzi impulsowej h(t) 

 

( )

k

k

k

c

H

s

s

a

=

+

 

( )

( )

at

k

h t

ce

1 t

=

 

 

Pojedynczemu biegunowi w prawej półpłaszczyźnie 
s

Jeśli „a” jest ujemne wyrażenie generuje biegun 
leżący na osi rzeczywistej w prawej 
półpłaszczyźnie zmiennej s
 w punkcie s

k

=a odpowiada narastająca wykładniczo funkcja 

czasu 

k

=a 

 

 

-1

0

1

2

3

4

0

20

40

60

80

100

120

140

hk

Im{s}

Re{s}

s =a

k

 

 

 

®

 

 

25  

 

 

 

background image

Obwody Elektryczne i Magnetyczne 

 

 

5. Bieguny pojedyncze zespolone sprzężone w prawej półpłaszczyźnie zmiennej s 

Dziedzina operatorowa 

Dziedzina czasu 

Element rozkładu H(s) na ułamki proste 

Składnik odpowiedzi impulsowej h(t) 

 

( )

(

)

k

k

2

2

k

c

H

s

s

σ

ω

=

+

+

 

 

( )

( ) ( )

sin

t

k

c

h t

e

t 1 t

α

ω

ω

=

 

Jeśli „

σ

” jest ujemne wyrażenie generuje 

bieguny zespolone sprzężone leżące w prawej 
półpłaszczyźnie zmiennej s
 :

Parze biegunów zespolonych sprzężonych leżących 
w prawej półpłaszczyźnie odpowiada narastająca 
funkcja sinusoidalna 

k

s

j

σ

ω

= +

 oraz 

k

s

j

σ

ω

= −

 

-1

0

1

2

3

4

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

hk

 

 

Im{s}

Re{s}

k

s

j

σ

ω

= +

k

s

j

σ

ω

= −

 

 

 

®

 

 

26  

 

 

 

background image

Obwody Elektryczne i Magnetyczne 

 

Im{s}

Re{s}

-1

0

1

2

3

4

0

20

40

60

80

100

120

140

hk

-1

0

1

2

3

4

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

 

hk

Obszar odpowiedzi

niesinusoidalnej  (najczęściej

wykładniczej)

malejącej

Obszar odpowiedzi

niesinusoidalnej  (najczęściej

wykładniczej)

rosnącej

-1

0

1

2

3

4

-0.08

-0.06

-0.04

-0.02

0

0.02

0.04

0.06

0.08

 

hk

Obszar odpowiedzi

sinusoidalnej

-1

0

1

2

3

4

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

hk

Obszar odpowiedzi

sinusoidalnej narastającej

-1

0

1

2

3

4

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

hk

Obszar odpowiedzi

sinusoidalnej malejącej

 

BIEGUNY POJEDYNCZE W TYM ZESPOLONE SPRZEŻONE 

®

 

 

27  

 

 

 

background image

Obwody Elektryczne i Magnetyczne 

 

UWAGA: analiza stabilności obwodu przy biegunach wielokrotnych, lub przy wielomianach 
mianownika o dużych stopniach, wymaga bardziej zaawansowanych metod np. stosując 
algebraiczne metody badania stabilności (kryterium Huriwitza, Routha) 

Przykład wpływu krotności biegunów na stabilność - bieguny dwukrotne zespolone sprzężone 
na osi urojonej płaszczyzny zmiennej s
 

Dziedzina operatorowa 

Dziedzina czasu 

Element rozkładu H(s) na ułamki proste 

Składnik odpowiedzi impulsowej h(t) 

 

( )

( )

(

)

k

k

2

2

2

k

1

H

s

s

ω

=

+

 

 

( )

( )

( )

(

)

( )

sin

cos

k

3

1

h t

t

t

t 1 t

2

ω

ω

ω

ω

=

 

Parze biegunów zespolonych sprzężonych leżących 
na osi urojonej odpowiada funkcja sinusoidalna 
narastają 

Wyrażenie generuje bieguny zespolone 
sprzężone dwukrotne leżące na osi urojonej 
płaszczyzny zmiennej s
 w punkcie 

k

s

j

ω

=

 

oraz 

-1

0

1

2

3

4

-0.02

-0.015

-0.01

-0.005

0

0.005

0.01

0.015

0.02

hk

k

s

j

ω

= −

 

 

Im{s}

Re{s}

k

s

j

ω

=

k

s

j

ω

= −

2

2

 

 

®

 

 

28  

 

 

 

background image

Obwody Elektryczne i Magnetyczne 

 

®

 

 

29