background image

Zadania z Przedmiotu 

Technika Analogowa 

Stany nieustalone  11-20

 

© C. Stefański 

 
 

2_ZadaniaOpAnObw11_20_2010.docx 

26 

Zauwa

żone błędy i usterki proszę zgłaszać autorowi na adres cestef@o2.pl 

 

Ć

W

.

 Z 

O

BWODÓW I SYGNAŁÓW DLA 

E

I

T/A

I

R

 

(

SEM 

2) 

 

D

ODATEK 

Z

ADANIOWY Z  

A

NALIZY 

O

PERATOROWEJ 

 

 
Zadanie 11 

 

W obwodzie przedstawionym na rysunku do chwili t = t

< 0 panował stan ustalony. Zna-

leźć  i  narysować  przebiegi  i(t)  i  u(t),  gdy  R

N

  jest  opisane  zależnością 

,

1

1

i

i

a

u

n

=

  gdzie 

2

1V / mA

a

=

 

 
Ponadto: 

R

 = 1k

Ω, C = 1nF, L = 4mH, E = 2V, J = 1mA, t

0

 = -RC = 10

-6

 
Rozwiązanie 
 

Uwagi: 

1)

  Analizowany układ zawiera element nieliniowy, na szczęcie sposób jego załączenia 

nie utrudni analizy. 

2)

  W układzie występują dwa klucze przełączane w różnych momentach czasu. Przesu-

wanie osi czasu pozwala sprowadzić problem do wcześniej spotykanego, z kluczem 
przełączanym w t = 0. 

 

 

Przesuńmy oś czasu tak, by chwila t

0

 przesunęła się do punktu zero. Niech oś nieprzesu-

nięta jest osią zmiennej t, a oś przesunięta osią zmiennej 

τ

.  

 

Mamy zatem 

τ

 = t – t

0

 

Widzimy, że dla 

τ

 < 0 panował stan ustalony, a układ wyglądał następująco. 

τ 

t

< 0 

t

< 0 

t

 = t

0

 

t

 = 0 

R

N

 

u

i

background image

Zadania z Przedmiotu 

Technika Analogowa 

Stany nieustalone  11-20

 

© C. Stefański 

 
 

2_ZadaniaOpAnObw11_20_2010.docx 

27 

Zauwa

żone błędy i usterki proszę zgłaszać autorowi na adres cestef@o2.pl 

 

 

 

Łatwo stwierdzamy, że  

J

I

=

)

(

τ

 

oraz, że 

R

u

i

=

1

,  

u

E

u

n

=

 

Mamy zatem: 

1

1

| | | |

n

u

i

i

α

=

=

=

2

|

|

R

u

u

α

u

E

−  

skąd 
 

2

2

(

| |

)

0

u

a u

R

R E

+

= ; (*) 

 
widać, że u musi być większe od zera w przeciwnym wypadku lewa strona równania (*) by-
łaby ujemna! 
Obliczamy  

2

2

2

2

)

4

(

4

E

a

R

R

E

R

a

R

+

=

+

=

 

2

2

0

4

1[V]

2

R

R

R

a E

u

U

a

+

+ ⋅ ⋅

=

=

=

 

Nasze rozważania można wzbogacić o interpretację graficzną.  

 

 

R

N

 

u

i

background image

Zadania z Przedmiotu 

Technika Analogowa 

Stany nieustalone  11-20

 

© C. Stefański 

 
 

2_ZadaniaOpAnObw11_20_2010.docx 

28 

Zauwa

żone błędy i usterki proszę zgłaszać autorowi na adres cestef@o2.pl 

 

Podsumujmy – dla 

τ

 < 0 mamy: 

0

( )

1 mA

( )

1 V

I

J

U

U

τ

τ

=

=

=

=

 

Tuż przed przełączeniem lewego klucza mamy zatem:  

0

(0)

1[mA]

L

i

I

J

=

=

=

 

oraz 

0

0

(0)

1[V]

L

u

U

u

=

=

=

 

 

Po przełączeniu klucza układ wygląda następująco (dla 0 < 

τ

 < -t

0

): 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
                           
 
 
Nie ma wątpliwości, że nadal 

J

I

=

)

(

τ

.  

Natomiast 

)

(

τ

u

 obliczamy następująco: 

 
 

0

1

)

(

1

)

(

C

u

s

R

s

U

sC

s

U

=

+

 

RC

s

u

s

U

C

1

1

)

(

0

+

=

 

 

=

)

(

τ

U

0

e

RC

C

u

τ

 

 
 
Powróćmy do „starego” oznaczenia czasu przez t.  
Mamy: 

( )

u t

=

0

0

e

t t

RC

C

u

   dla  t

0

 < t < 0 

Uwzględniamy, że t

0

 = -RC, więc 

=

)

(t

u

(

)

0

e

t RC

RC

C

u

− +

 

6

1

10

0

e

e

0,37e

t

t

RC

C

u

=

=

 

 
Klucz prawy jest przełączany w t = 0.  
Tuż przed tą chwilą mieliśmy sytuację, w której   

R

s

U

)

(

 

sC

1

S

U

C

0

 

U

(s

0

0

U

U

C

=

 

background image

Zadania z Przedmiotu 

Technika Analogowa 

Stany nieustalone  11-20

 

© C. Stefański 

 
 

2_ZadaniaOpAnObw11_20_2010.docx 

29 

Zauwa

żone błędy i usterki proszę zgłaszać autorowi na adres cestef@o2.pl 

 

=

)

(t

u

1

0

(

0 )

e

C

u t

u

=

 

oraz  

=

)

(t

i

J

t

i

=

)

0

(

 
 

Po przełączeniu prawego klucza układ wygląda następująco. 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Schemat operatorowy  powyższego obwodu pokazano poniżej. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Obliczamy: 

( )

( )

(0)

(0)

1

2

1

1

2

2

3

9

6

0

2

1

( )

1

1

2

1

1

1

1

[

]

4 10

10

2

2 10

( )

1

( )

1

2

1

2

2

J

s u

J

C

U s

Cu

s

R

sL

s

sC

RC

bo

LC

RC

U s

J

u

J

J

I s

sL

s

L

RC

s

s

RC

RC

=

=

+

+

+

=

=

=

=

+

=

+

+

 

+

+

 

 
Ostatecznie dla t > 0 uzyskujemy: 

1

1

0

2

2

0

e

( )

e

e

e

2

t

t

C

RC

RC

C

u

t

u t

u

J

R

C

=

+

 

1

0

)

0

(

=

e

U

u

 

J

i

=

)

0

(

 

U

(s

sC

1

 

s

J

 

Ls 

)

0

(

CU

 

I

(s

background image

Zadania z Przedmiotu 

Technika Analogowa 

Stany nieustalone  11-20

 

© C. Stefański 

 
 

2_ZadaniaOpAnObw11_20_2010.docx 

30 

Zauwa

żone błędy i usterki proszę zgłaszać autorowi na adres cestef@o2.pl 

 

1

0

2

2

e

( )

e

e

2

t

t

C

RC

RC

u

J

i t

J

t

L

RC

=

+

+

⋅ ⋅

Pełne rezultaty analizy dla 

∞ < t < +∞ zamieszczono w postaci wykresów przebiegów u(t

oraz i(t). 
 

 

background image

Zadania z Przedmiotu 

Technika Analogowa 

Stany nieustalone  11-20

 

© C. Stefański 

 
 

2_ZadaniaOpAnObw11_20_2010.docx 

31 

Zauwa

żone błędy i usterki proszę zgłaszać autorowi na adres cestef@o2.pl 

 

 

 

 

 

 

Zadanie 12   
 

Układ liniowy stacjonarny, znajdujący się od bardzo długiego czasu w stanie swobodnym 

(czyli  od  długiego  czasu  nie  pobudzony  ),  jest  scharakteryzowany  odpowiedzią  impulsową 

( )

(

1)

(

2)

h t

t

t

=

1

1

Obliczyć 

odpowiedz 

y

(t

tego 

układu 

na 

pobudzenie 

(

)

( )

( )

(

2)

x t

t

t

t

=

1

1

Rozwiązanie 

I)

  Rozwiązanie splotem 

 

Wiadomo, iż – gdy 

warunki początkowe są 
zerowe – prawdziwa jest 
zależność: 

)

(

)

(

)

(

t

h

t

x

t

y

=

Ponieważ zarówno sygnał x(t) jak i h(t) jest przyczynowy, więc y(t) też będzie przyczynowy. 

Formalnie jednak:  ( )

( ) (

)

y t

x

h t

d

τ

τ τ

−∞

=

. Poniżej przedstawiono sygnały x(t), h(t).  

 

 

 

Na kolejnych rysunkach przedstawiamy sygnały x(τ), h(t- τ) oraz x(τ)h(t- τ) dla różnych war-
tości czasu t

 

..

  

 

 

..

 

..

 

 

 

 

τ

 

 

x

(τ )h(t- τ) dla 1<t≤2 

t

-1 

t

-1 

 

 

τ

 

 

x

(τ )h(t- τ) dla t≤1 

 

 

t

-2 

t

-1 

h

(t-

τ

τ

 

t

-1>0, 

 t-2

≤0 

 

=>1< t≤2 

 

 

t

-2 

t

-1 

h

(t-

τ

τ

 

t

-1≤0 => t≤1 

τ

 

x

(

τ

)

 

τ

 

x

(

τ

)

 

 

 

h

(t

t

 

t

 

x

(t)

 

      h

(t

x

(t

y

(t

background image

Zadania z Przedmiotu 

Technika Analogowa 

Stany nieustalone  11-20

 

© C. Stefański 

 
 

2_ZadaniaOpAnObw11_20_2010.docx 

32 

Zauwa

żone błędy i usterki proszę zgłaszać autorowi na adres cestef@o2.pl 

 

 

...

 

 

....

 

.

 

 

.... 

 
 

 

..

  

..

 Przedstawione rysunki sugerują że: 

1.

  dla t≤1  

0

)

(

)

(

)

(

=

=

t

h

t

x

t

y

 

Całka z funkcji równej zero wynosi ze-
ro. 

 
2.

  dla t-2≤0 i t-1>0, czyli dla 1<t≤2 

iloczyn podcałkowy x(τ)h(t- τ) jest 
przedstawiony w prawej kolumnie w 
trzecim wierszu. 
 
Całka z tego iloczynu jest polem trój-
kącika narysowanego linia ciągłą, wy-
nosi ono: 

)

1

)(

1

(

2

1

)

(

=

t

t

t

y

3.

  dla 2<t≤3  (rysunek w 3. wierszu 1. ko-

lumny na tej stronie)   całka splotowana 
ma interpretacje pola trapezu: 

2

3

))

2

(

1

(

2

2

1

)

(

=

+

=

t

t

t

t

t

t

y

 

 

 

..

 

 

 

τ

 

 

x

(τ )h(t- τ) dla t>4 

 

 

t

-2 

t

-1 

h

(t-

τ

τ

 

t

-1>2, 

 t-2>2 
 

=> t>4 

τ

 

x

(

τ

)

 

 

τ

 

 

x

(τ )h(t- τ) dla 3<t≤4 

t

-2 

t

-2 

 

τ

 

 

x

(τ )h(t- τ) dla 2<t≤3 

t

-1 

t

-2 

t

-2 

t

-1 

 

 

t

-2 

t

-1 

h

(t-

τ

τ

 

t

-1>2, 

 t-2

≤2 

 

=>3< t≤4 

 

 

t

-2 

t

-1 

h

(t-

τ

τ

 

t

-1

≤2, 

 t-2>0 
 

=>2< t≤3 

τ

 

x

(

τ

)

 

τ

 

x

(

τ

)

 

background image

Zadania z Przedmiotu 

Technika Analogowa 

Stany nieustalone  11-20

 

© C. Stefański 

 
 

2_ZadaniaOpAnObw11_20_2010.docx 

33 

Zauwa

żone błędy i usterki proszę zgłaszać autorowi na adres cestef@o2.pl 

 

 

 
4.

  dla t-2≤2 i t-1>2 czyli dla 3<t≤4  iloczyn podcałkowy x(τ)y(t- τ) wygląda jak na ry-

sunku w 3. wierszu lewej kolumny na poprzedniej stronie, a całka z tego iloczynu to 
nic innego, jak pole trapezu z tego rysunku, czyli: 

2

)

4

(

))

2

(

2

(

2

2

2

)

(

t

t

t

t

t

y

=

+

=

 

 
5.

  dla t-2>2 czyli dla t>4 mamy z tych samych samych powodów, co w przypadku 1.: 

0

)

(

=

t

y

 
Ostatecznie poprzez składanie wyników cząstkowych, uzyskujemy: 

(

)

(

)

(

)

2

(

1)

3

(4

)

( )

(

1)

(

2)

(

2)

(

3)

(

3

(

4)

2

2

2

t

t

t

y t

t

t

t

t

t

t

t

=

+

+

− −

1

1

1

1

1

1

 

 

II)

 Rozwiązanie operatorowe 

 

 

 

 
 
 
Idee pomysłu przedstawia powyższy rysunek.  
Mamy: 
 

2

2

2

1

1

2

( )

e

s

X s

s

s

s

=

+

 

2

1

1

( )

e

e

s

s

H s

s

s

=

 

2

3

4

3

3

2

2

e

e

e

1

e

1

( )

( ) ( )

2

2

s

s

s

s

Y s

X s H s

s

s

s

s

s

s

=

=

+

+

+

 

Pamiętając, że 

ିଵ

೙శభ

ቁ =

௡!∙1(௧)

 

 

h

(t

ℒ 

Y

(s)=X(s)H(s

Dziedzina czasu 

ℒ 

ℒ 

y

(t

 

-1 

Y

(s

x

(t

y

(t)=x(t)*h(t

Dziedzina  
pulsacji zespolonej s 

Dziedzina czasu 

H

(s

background image

Zadania z Przedmiotu 

Technika Analogowa 

Stany nieustalone  11-20

 

© C. Stefański 

 
 

2_ZadaniaOpAnObw11_20_2010.docx 

34 

Zauwa

żone błędy i usterki proszę zgłaszać autorowi na adres cestef@o2.pl 

 

oraz 

ିଵ

൫܍

ି௧

ܨ(ݏ)൯ = 1(ݐ − ݐ

)݂(ݐ − ݐ

znajdujemy: 

2

2

2

2

( -1)

( -2)

( -3)

( -4)

( )

( -1)-

( -2)-

2( -3)

( -3)

2( -4)

( -4)

2

2

2

2

t

t

t

t

y t

t

t

t

t

t

t

=

+

+

+

1

1

1

1

Mimo innej postaci zapisu, jest to oczywiś

cie wynik identyczny jak w I. sposobie rozwią-

zania. II. sposób rozwiązania można też traktować jako obliczanie splotu przy użyciu ra-
chunku operatorowego i twierdzenia o transformacji splotu. 
 

III)

  Rozwiązanie „konstrukcyjne” 
 

Narysujmy, na podstawie znajomości odpowiedzi impulsowej h(t) schemat blokowy 

rozważanego układu. Oto dwa przykładowe schematy blokowe realizujące odpowiedź 
impulsową 

( )

(

1)

(

2)

h t

t

t

=

1

1

 

 
 

 

 
Na podstawie drugiego schematu blokowego wyznaczamy: 

(

)

(

)

1

2

( )

(

1)

(

2)

(

1)

(

1)

(

3)

(

2)

(

2)

(

4)

( )

( )

z t

x t

x t

t

t

t

t

t

t

z t

z t

=

=

=

1

1

1

1

(

)

(

)

1

2

( )

(

1)

(

1)

(

3)

( )

(

2)

(

2)

(

4)

z t

t

t

t

z t

t

t

t

=

=

1

1

1

1

 

 

 

z

(t

z

2

(t

z

1

(t

z

(t

-1 

 

Opóźnienie o 1 

 

Opóźnienie o 1 

  

 

x

(t-1) 

δ (t-2) 

x

(t-2) 

1(t-1)-1(t-2) 

δ(t-1) 

δ(t

 

x

(t

 

 

 

y

(t)

 

 

y

(t)=

(

)

(

)

1

(

2

t

x

x

d

τ

τ

τ

−∞

 

 

 

Opóźnienie o 1

 

 

Opóźnienie o 1 

 

 

 

 

1(t-2)

 

 

 

y

(t

 

y

(t)=

(

)

(

)

1

(

2

t

x

x

d

τ

τ

τ

−∞

 

δ(t

1(t-1) 

1(t

x

(t

 

1(t-1)-1(t-2) 

background image

Zadania z Przedmiotu 

Technika Analogowa 

Stany nieustalone 

 11-20

 

© C. Stefa

ń

ski 

 

 

2_ZadaniaOpAnObw11_20_2010.docx

 

35 

Zauwa

żone błędy i usterki proszę zgłaszać autorowi na adres cestef@o2.pl 

 

Obliczamy: 

2

0                                  dla 

(

1)

                        dla 1

2

2

1

( )

( )

(

2) 1                dla 2

3

2
3

1

2

(

3)

      dla 3

4

2

2

0                                  dla 

t

t

t

y t

z

d

t

t

t

t

t

t

τ τ

<

≤ ≤

=

=

+

≤ <

+ −

≤ <

≥ 4

t

−∞





 

Wynik, co bardzo łatwo sprawdzić, jest identyczny z otrzymanym sposobem II
 
Na koniec wykreślimy rezultat splatania. 

 

 

 
 

 

 

y

(t

 

t

 

1

2

3

4

5

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

background image

Zadania z Przedmiotu 

Technika Analogowa 

Stany nieustalone 

 11-20

 

© C. Stefa

ń

ski 

 

 

2_ZadaniaOpAnObw11_20_2010.docx

 

36 

Zauwa

żone błędy i usterki proszę zgłaszać autorowi na adres cestef@o2.pl 

 

Zadanie 13 
 

Obliczyć splot sygnałów: 

 

x

[t]=UnitStep[t]-UnitStep[t-1] i  y[t]= (2-t)(UnitStep[t]-UnitStep[t-2]). 

Do obliczeń wykorzystać twierdzenie o transformacie Laplace'a splotu. 

Uwaga. UnitStep[t] oznacza jedynkę Heaviside'a, czyli UnitStep[t]=

1[t]=

ቄ0  dla ݐ < 0

1 dla ݐ > 0



  

Rozwiązanie 
 

Poszukujemy splotu x[t]*y[t]. Oznaczmy go przez z[t]. Bardziej formalnie 

ݖ(ݐ) = ݔ(ݐ) ∗ ݕ(ݐ) = න ݔ(߬)ݕ(ݐ − ߬)݀߬

ିஶ 

 . 

Na początek wykreślmy sygnały uczestniczące w splataniu. 
Oto x[t

 

 

i   y[t

 

 

Następnie obliczmy transformaty Laplace'a dla x[t] i dla y[t]: 

ܺ(ݏ) =

1

ݏ −

܍

ି௦

ݏ =

1

ݏ (1 − ܍

ି௦

ܻ(ݏ) = −

1

ݏ

+

2

ݏ −

ିଶ௦

ݏ +

܍

ିଶ௦

(1 + 2ݏ)

ݏ

=

2

ݏ −

1

ݏ

(1 − ܍

ିଶ௦

). 

Z twierdzenia o transformacie Laplace'a splotu wiemy, że 

Z

[s]=

ℒ{z[t]}= ℒ {x[t]*y[t]}=X[s]Y[s]. 

Zatem wyznaczamy 

ܼ(ݏ) = ܺ(ݏ)ܻ(ݏ) =

1

ݏ (1 − ܍

ି௦

) ቆ

2

ݏ −

1

ݏ

(1 − ܍

ିଶ௦

)ቇ

= ൬

2

ݏ

1

ݏ

൰ + ൬

1

ݏ

2

ݏ

൰ ݁

ି௦

+

1

ݏ

܍

ିଶ௦

1

ݏ

܍

ିଷ௦

 . 

Obliczamy odwrotną transformatę Laplace'a dla Z[s] i otrzymujemy 

ݖ(ݐ) = ℒ

ିଵ

 ቆ൬

2

ݏ

1

ݏ

൰ + ൬

1

ݏ

2

ݏ

൰ ܍

ି௦

+

1

ݏ

܍

ିଶ௦

1

ݏ

܍

ିଷ௦

ቇ 

=

1

2 (4 − ݐ)UnitStep(ݐ) +

1

2 (ݐ − 5)(t − 1)UnitStep(ݐ − 1) +

 

1

2 (−2 + ݐ)

UnitStep(ݐ − 2) +

1

2 (ݐ − 3)UnitStep(ݐ − 3) .

 

Na koniec wykreślamy uzyskany rezultat splatania, czyli z[t]. 
 

 

-1

1

2

3

4

0.2

0.4

0.6

0.8

1

-1

1

2

3

0.5

1

1.5

2

-1

1

2

3

4

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

background image

Zadania z Przedmiotu 

Technika Analogowa 

Stany nieustalone  11-20

 

© C. Stefański 

 
 

2_ZadaniaOpAnObw11_20_2010.docx 

37 

Zauwa

żone błędy i usterki proszę zgłaszać autorowi na adres cestef@o2.pl 

 

Zadanie 14 (16.20) 
 

Dla sieci pokazanej poniżej , znajdź i

0

(

t) , używając metody Thévenina 

 

1(t) V 

1Ω 

1 F 

6,2Ω 

1Ω 

i

0

(t

e

-

 

1(t) V 

2 H 

 

 
Rozwiązanie : 
 
 

Rysujemy operatorowy schemat zastępczy obwodu (warunki początkowe są zerowe): 

E

1

(s)=4/s 

1 Ω 

1/s 

6,2 Ω 

1 Ω 

I

0

(s

2s 

2

1

( )

1

E s

s

=

+

 

 

 

 
 

Ten schemat przekształcamy w zasugerowany poniżej sposób. 

Ten opornik na 
razie pomijamy 

 

 
Wyznaczamy operatorowe napięcie rozwarcia zacisków AB (równe operatorowemu napięciu 
Thevenina) 

background image

Zadania z Przedmiotu 

Technika Analogowa 

Stany nieustalone  11-20

 

© C. Stefański 

 
 

2_ZadaniaOpAnObw11_20_2010.docx 

38 

Zauwa

żone błędy i usterki proszę zgłaszać autorowi na adres cestef@o2.pl 

 

E

1

(s

E

2

(s

2s 

1/s 

U

R

(s

U

C

(s)

 

U

C

(s)=E

1

(s)

.

(1/s)/(1+1/s

U

R

(s)=E

2

(s)

.

1/(1+2s

 

E

T

(s

Napięcie 
Thévenina 

 

 
Wyliczmy teraz E

T

(s) :

  

( )

( )

( )

( )

( )

2

1

T

1/

1 2

1 1/

R

C

E

s

E s

s

E

s

U

s

U

s

s

s

=

+

=

+

=

+

+

 

(

) (

)

1

1

4 /

1/

1

1

4

9

4

1 2

1

1 1/

1 2

1

1

2

1

s

s

s

s

s

s

s

s

s

s

s

s

+

+

=

+

=

+

+

+

+

+

+

+

 

 
Aby obliczyć I

0

(s) potrzebujemy jeszcze Z

T

(s) , które wyznaczamy następująco : 

1/s 

2s 

 

<= Z

T

(s)  Z

T

(s) – impedancja 

Thévenina 

 

( )

(

)

(

)

(

)

(

)

2

2 (

1)

2

1

2

1/

2

4

1

2 ||1

1/

||1

2

1

1 1/

1 (2

1)

1 (2

1)

T

s s

s

s

s

s

s

Z

s

s

s

s

s

s

s

s

s

+

+

+

+

+

=

+

=

+

=

=

+

+

+

+

+

+

 

Aby obliczyć I

0

(s) musimy uwzględnić oprócz E

T

(s) i Z

T

(s) jeszcze ten opornik, który nieco 

wcześniej chwilowo pominęliśmy. 

Z

T

(s

6,2 

 

E

T

(s

I

0

(s

 

  
 

 

background image

Zadania z Przedmiotu 

Technika Analogowa 

Stany nieustalone  11-20

 

© C. Stefański 

 
 

2_ZadaniaOpAnObw11_20_2010.docx 

39 

Zauwa

żone błędy i usterki proszę zgłaszać autorowi na adres cestef@o2.pl 

 

( )

(

) (

)

(

)

(

)(

)

(

)

T

0

2

2

T

9

4

1

2

1

( )

9

4

( )

6, 2

2

4

1

6, 2

1 2

1

2

4

1

6, 2

1 (2

1)

s

s

s

s

E

s

s

I

s

Z

s

s

s

s

s

s

s

s

s

s

+

+

+

+

=

=

=

=

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

 

(

)

(

)

(

)

2

2

2

2

4

9

9

4

9

4

9

113

1

14, 4

22,6

7, 2

6, 2 2

3

1

2

4

1

14, 4

72

2

s

s

s

s

s

s

s

s

s

s

s

s s

s

+

+

+

=

=

=

+

+

+

+

+

+

+

+

+

 

4

9

9

90 8 1

1

5 1

1

9

4

9

9

144 9

9 / 8

9

9 / 8

14, 4

14, 4

9

8

8

s

s

s

s

s

s s

s

s s

+

=

=

=

+

+



+

+

+





 

 
 

Używając transformaty odwrotnej Laplace’a otrzymujemy: 

9

8

0

5

( )

( ) 1 e

9

t

i t

t

=

1

 

background image

Zadania z Przedmiotu 

Technika Analogowa 

Stany nieustalone  11-20

 

© C. Stefański 

 
 

2_ZadaniaOpAnObw11_20_2010.docx 

40 

Zauwa

żone błędy i usterki proszę zgłaszać autorowi na adres cestef@o2.pl 

 

Zadanie 15 (16.21) 
 

Dla sieci pokazanej poniżej, znajdź u

0

(t) , używając metody Thévenina 

1 Ω 

1(t) V 

2 H 

2 Ω 

e

-2t

·

1(t) A 

1(t) A 

u

0

(

t

 

0.5 F 

 

Rozwiązanie. 
 
 

Rysujemy operatorowy schemat zastępczy obwodu (warunki początkowe są zerowe). 

E

(s) = 4/s 

2

I

1

(s)=1/(s+2) 

I

2

(s)=2/s 

U

0

(

s

 

2/s 

 

 

Bardzo łatwo można policzyć operatorową impedancję zastępczą Z

T

(s) dla części 

schematu położonej na lewo od zacisków AB. Należy przeanalizować poniższy schemat, z 
którego natychmiast wynika, że  

Z

T

(s)=2+2s

background image

Zadania z Przedmiotu 

Technika Analogowa 

Stany nieustalone  11-20

 

© C. Stefański 

 
 

2_ZadaniaOpAnObw11_20_2010.docx 

41 

Zauwa

żone błędy i usterki proszę zgłaszać autorowi na adres cestef@o2.pl 

 

2s 

1/sC 

 

<= Z

T

(

s) = 2+2s 

 

W celu znalezienia operatorowego napięcia Thevenina rozważamy poniższy schemat. 

U

R

(s

E

(s) = 4/s 

2

J

1

(s)=1/(s+2) 

J

2

(s)=2/s 

E

T

(

s

I=0 

U

L

(s) 

 

2/s 

 

Wynika z niego, że 

( )

( )

( )

(

)

2

2

1

4

4

2

4

2

8

16

( )

( )

2

( )

2

2

2

T

R

L

s

s

s

E

s

U

s

U

s

E s

J s

sJ s

s

s

s

s

s s

+

+

=

+

+

=

+

+

=

+

+

=

+

+

 

 

Dzięki metodzie Thevenina uzyskujemy bardzo prosty schemat (rysunek poniżej), w któ-

rym poszukujemy napięcia U

0

(s). 

E

T

(s

U

0

(

s

Z

T

(s

 

background image

Zadania z Przedmiotu 

Technika Analogowa 

Stany nieustalone  11-20

 

© C. Stefański 

 
 

2_ZadaniaOpAnObw11_20_2010.docx 

42 

Zauwa

żone błędy i usterki proszę zgłaszać autorowi na adres cestef@o2.pl 

 

 

 

 

Obliczamy: 

 

U

0

(s) = 

(

)

2

2

0

8

17

( )

2

8

16

1

4

8

4

3

3

( )

3

3

1

( )

(

2)

3

2

2

2

2

2

T

T

E

s

s

s

s

s

U s

Z

s

s s

s

s

s

s

s s

s

+

+

+

+

=

=

=

=

+

+

+

+

+

+

+

+

 

 

Zastosowanie odwrotnego przekształcenia Laplace’a do powyższego wyrażenia prowadzi 

do następującego wyniku: 

( )

3

2

2

0

8

17

( )

4e

e

3

3

t

t

u t

t

=

+

1

 
 

Dygresja. 

 

Czytelnik  jest  proszony  o  chwilę  zastanowienia  nad  równaniem  PPK  dla  dolnego  węzła  obwodu  z 

treści zadania, gdy czas t zmierza do nieskończoności. (Gdy czas t zmierza do nieskończoności, powinien (?) 
pojawić  się  stan  ustalony.  W  stanie  ustalonym,  przy  pobudzeniach  stałych  kondensator  staje  się  rozwarciem. 
Nadto w rozważanym obwodzie jedno ze źródeł prądowych (to po lewej) staje się też rozwarciem dla t

∞. To 

prowadzi do sprzeczności, bo prawe źródło prądowe „pompuje“ do tego węzła stały prąd 2A. Wskazać błąd w 
rozumowaniu, bądź w schemacie.) 

background image

Zadania z Przedmiotu 

Technika Analogowa 

Stany nieustalone  11-20

 

© C. Stefański 

 
 

2_ZadaniaOpAnObw11_20_2010.docx 

43 

Zauwa

żone błędy i usterki proszę zgłaszać autorowi na adres cestef@o2.pl 

 

Zadanie 16 
 

Dla układu o odpowiedzi impulsowej h(t)=

1(t)-1(t-10) wyznaczyć i naszkicować: 

a)

  odpowiedź na pobudzenie x

a

(t)=

 1(t), 

b)

  odpowiedź na pobudzenie x

b

(t)=

 1(t)

.

cos(2

πt), 

c)

  odpowiedź na pobudzenie x

c

(t)=

 cos(2πt). 

 
Rozwiązanie 
 

Sygnały wymuszające x(t) są w przypadkach a) i b) przyczynowe, to znaczy dla t<0 mamy 

x

(t)=0. Również układ jest układem przyczynowym, bo dla t<0 zachodzi h(t)=0. Dlatego 

przypadki a) i b) możemy rozwiązać, stosując przekształcenie Laplace’a i przeprowadzając 
obliczenia w dziedzinie pulsacji zespolonej s
 

Mamy kolejno: 

ܪ(ݏ) = ℒ(1(ݐ) − 1(ݐ − 10)) =

(1 − ܍

ିଵ଴௦

), 

ܺ

(ݏ) = ℒ(ݔ

(ݐ)) = ℒ(1(ݐ)) =

ܺ

(ݏ) = ℒ(ݔ

(ݐ)) = ℒ(1(ݐ)cos(2ߨݐ)) =

ାସగ

  

Oznaczmy odpowiedzi na pobudzenia x

indeks

(t) przez  y

indeks

(t), a transformaty Laplace’a tych 

odpowiedzi przez  Y

indeks

(s). 

 

Możemy zapisać: 

( )

( )

( )

(

)

10

10

2

2

2

1

1

1

1

s

s

a

a

Y

s

X

s

H s

e

e

s

s

s

=

=

=

( )

( )

( )

(

)

2

10

10

2

2

2

2

2

2

1

1

1

1 e

e

s

s

b

b

s

Y s

X

s

H s

s

s

s

s

=

=

=

+

+

+

Z twierdzenia o transformacie 

ℒ sygnału opóźnionego natychmiast wnosimy, że: 

( )

( ) (

) (

)

10

10

a

y

t

t

t

t

t

=

1

1

( )

( )

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

) ( )

(

)

(

)

1

1

sin 2π

10 sin 2π

10

sin 2π

10

b

y t

t

t

t

t

t

t

t

=

=

1

1

1

1

W przypadku c) mamy do czynienia z pobudzeniem nieprzyczynowym. Zatem bezpośrednie 
zastosowanie  przekształcenia  Laplace’a  nie  wchodzi  w  grę.  Wybierzmy  naturalne  n 
i zapytajmy, co by się stało, gdyby układ pobudzono sygnałem  

( )

(

) (

)

(

)

(

)

(

)

cos 2π

cos 2π

d

x

t

t

t

n

t

n

t

n

=

+

=

+

+

1

1

Na podstawie wyniku punktu b) wnosimy, że wtedy 

( )

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

1

sin 2π

10

d

b

y

t

y

t

n

t

n

t

n

t

n

=

+

=

+

+

+ −

1

1

gdyż  

( )

(

)

d

b

x

t

x t

n

=

+

 

i  układ  badany  jest  stacjonarny  (niewrażliwy  na  przesunięcie  osi  czasu;  charakterystyka  im-
pulsowa układów niestacjonarnych jest funkcją dwóch zmiennych!!!).  
 

Zauważmy, że dla  

t

>-n+10 

mamy  

x

d

(t)=0. 

Pobudzenie  

x

c

(t)=

 cos(2πt

możemy traktować jako 

( )

( )

lim

c

d

n

x t

x

t

→∞

=

background image

Zadania z Przedmiotu 

Technika Analogowa 

Stany nieustalone  11-20

 

© C. Stefański 

 
 

2_ZadaniaOpAnObw11_20_2010.docx 

44 

Zauwa

żone błędy i usterki proszę zgłaszać autorowi na adres cestef@o2.pl 

 

zaś odpowiedź na nie  jako 

( )

( )

lim

0

c

d

n

y t

y

t

→∞

=

= , 

bo  

( )

0  dla 

10 -  i 

d

y

t

t

n n

=

>

→ ∞

 

Mimo, że znamy już odpowiedź dla pobudzenia x

c

(t), nie zakończymy na tym rozwiąza-

nia.  
 

Zapytajmy, czy można inaczej wyznaczyć y

c

(t). Zauważmy, że pobudzenie x

c

(t)=

 cos(2πt

„rozpoczyna się” dla t=-

∞. Zatem dla skończonego czasu t możemy obserwować tylko usta-

loną  składową  odpowiedzi,  bo  składowa  przejściowa  już  zanikła.  Oznacza  to,  że  obliczane 
y

c

(t) jest odpowiedzią ustaloną na zadane pobudzenie. 

 

Ponieważ x

c

(t)=

 cos(2πt) jest sygnałem sinusoidalnym (i przykładem przebiegu złożonego 

z  sumy  sygnałow  sinusoidalnych),  a  do  wyznaczenia  odpowiedzi  na  pobudzenie  okresowe 
i prawie  okresowe  możemy  wykorzystać  zasadę  superpozycji  i  wiedzę  o  przechodzeniu  sy-
gnałów sinusoidalnych przez układ liniowy, więc tak postąpimy. 
 

Jak wiemy: 

 

Wymuszony składnik ustalony odpowiedzi obwodu liniowego na pobudzenie sinuso-

idalne jest sinusoidalny. Aby obliczyć amplitudę tego składnika należy amplitudę pobudze-
nia  przemnożyć  przez  wzmocnienie  A(

ω

0

)  obwodu,  zaś  fazę  zwiększyć  o  przesunięcie  fazy 

obwodu  

ϕ

(

ω

0

).  

Ilustruje to poniższy rysunek. 
 
 
 
 
 
 
 

Przejdźmy zatem do konkretów. Obliczamy: 

(

)

(

)

10

10 j

j

j

1

1

( j )

( )

1 e

1 e

j

s

s

s

H

H s

s

ω

ω

ω

ω

ω

=

=

=

=

=

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

2

2

10 j

1 cos 10

sin 10

2

2 cos 10

1

( )

( j )

1 e

j

A

H

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

+

=

=

=

=

( )

( )

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

1 cos 10

arg

j

arctg4 1 cos 10

;sin 10

arctg

sin 10

H

ω

ϕ ω

ω

ω

ω

ω

=

=

=

Wykresy funkcji A(

ω

) i 

ϕ

(

ω

) zamieszczono poniżej. Odczytujemy z nich, że można przyjąć, 

iż 

A

(

ω

0

)=0 i 

ϕ

(

ω

0

)=0, 

gdzie 

0

ω

=

Wartość A(

ω

0

) sprawdzimy jeszcze bezpośrednio rachunkiem. 

(

)

(

)

0

2

2cos 10

2

2cos 10 2π

2

2 1

(

)

(2π)

0

A

A

ω

ω

ω

ω

=

− ⋅

=

=

=

=

=

h

(t

 H

(s)|

s=j

ω

=H(j

ω

)=A(

ω

)·exp(j·

ϕ

(

ω

)) 

X

m

·cos(

ω

0

·t+

ψ

X

m

·A(

ω

0

)·cos(

ω

0

·t+

ψ+ϕ

(

ω

0

)) 

background image

Zadania z Przedmiotu 

Technika Analogowa 

Stany nieustalone  11-20

 

© C. Stefański 

 
 

2_ZadaniaOpAnObw11_20_2010.docx 

45 

Zauwa

żone błędy i usterki proszę zgłaszać autorowi na adres cestef@o2.pl 

 

 

 

 
Teraz już szybko zapisujemy: 

( )

(

)

( )

(

)

0

0

0

0

0

( )

(

) cos

0 cos

0

y t

A

t

t

ω

ω

ϕ ω

ω

ϕ ω

=

+

= ⋅

+

= . 

Potwierdziły się nasze wcześniejsze obliczenia. 
 
 

Operacją  matematyczną,  która  pozwoliłaby  jednolicie  potraktować  przypadki  a),  b)  i  c) 

jest operacja splotu sygnałów. Odpowiedź y(t) na pobudzenie x(t) jest wtedy obliczana nastę-
pująco: 

( )

( )

( )

y t

x t

h t

=

=

( ) (

)

x

h t

d

τ

τ τ

−∞

Dla przypadku c) obliczenie wyglądałoby następująco: 

( )

( )

( )

c

c

y t

x t

h t

=

=

(

) (

)

(

)

(

)

( ) (

)

cos 2π

1

1

10

c

x

h t

d

t

t

d

τ

τ τ

τ

τ

τ

τ

−∞

−∞

=

− −

=

 

(

)

10

cos 2π

0

t

t

d

τ

τ

=

Czytelnikowi proponuje się, by samodzielnie obliczył tym sposobem odpowiedzi w przypad-
kach a) i b). 
 

Teraz przedstawiamy szkice odpowiedzi y

a

y

b

 i y

c

 

A

(

ω

 

ϕ

(

ω

  

-3

-2

-1

1

2

3

0.2

0.4

0.6

0.8

1

-3

-2

-1

1

2

3

-75

-50

-25

25

50

75

ω/π 

ω/π 

background image

Zadania z Przedmiotu 

Technika Analogowa 

Stany nieustalone  11-20

 

© C. Stefański 

 
 

2_ZadaniaOpAnObw11_20_2010.docx 

46 

Zauwa

żone błędy i usterki proszę zgłaszać autorowi na adres cestef@o2.pl 

 

DYGRESJA.  W  ogólnym  przypadku  (np. 
wtedy, gdy pobudzenie nie byłoby dyskret-
ną  sumą  sinusoid)  właściwym  aparatem 
matematycznym dla wyznaczania odpowie-
dzi ustalonej pozostaje przekształcenie Fou-
riera 

ℱ.  Dla  przypadku  c)  obliczalibyśmy 

następująco: 

ܺ

(ܒ߱) = ℱ(ݔ

(ݐ)) = ℱ(cos(2ߨݐ)) = 

(

)

(

)

(

)

π

δ ω

δ ω

+

+

 

ܪ(ܒ߱) = ℱ(ℎ(ݐ)) = ℱ(1(ݐ) − 1(ݐ-10)) = 

( )

(

)

10 j

1

π

1 e

j

ω

δ ω

ω

+

 

( j )

( j )

( j )

c

c

Y

X

H

ω

ω

ω

=

=  

(

)

(

)

(

)

( )

(

)

10 j

1

π

π

j

                                                   1 e

ω

δ ω

δ ω

δ ω

ω

+

+

+

=

( )

(

)

(

)

( )

(

)

(

)

10 j

10 j

1

π π

1 e

j

1

π π

1 e

j

0

ω

ω

ω

ω

δ ω

ω

δ ω

δ ω

ω

δ ω

=−

=

+

+

+

+

=

 

Zatem 

ݕ

(ݐ) = ℱ

ିଵ

൫ܻ(݆߱)൯ = ℱ

ିଵ

(0) = 0. 

 

 

I tym razem wypadło zero! 

Koniec dygresji. 

y

a

(t

 

y

b

(t

 

y

c

(t

 

5

10

15

20

2

4

6

8

10

5

10

15

20

-0.15

-0.1

-0.05

0.05

0.1

0.15

5

10

15

20

-0.1

-0.075

-0.05

-0.025

0.025

0.05

0.075

0.1

background image

Zadania z Przedmiotu 

Technika Analogowa 

Stany nieustalone  11-20

 

© C. Stefański 

 
 

2_ZadaniaOpAnObw11_20_2010.docx 

47 

Zauwa

żone błędy i usterki proszę zgłaszać autorowi na adres cestef@o2.pl 

 

Zadanie 17  
 

W pewnym obwodzie odpowiedź wymuszona na pobudzenie x(t) wynosi y(t). Oblicz od-

powiedź impulsową h(t) tego obwodu, gdy x(t)=

1(t) sin(2πt)  i  y(t)=1(t) cos(2πt). 

 
Rozwiązanie 
Wiadomo, iż 

ℎ(ݐ) = ℒ

ିଵ

௒(௦)

௑(௦)

ቁ. 

Obliczmy transformaty: 

2

2

( )

(2π)

X s

s

=

+

,         

2

2

( )

(2π)

s

Y s

s

=

+

Już łatwo znajdujemy, że 

ℎ(ݐ) = ℒ

ିଵ

ଶగ

ቁ =

(௧)

ଶగ

 

 

 

Obliczmy ponownie: 

(

)

(

)

(

)

1

1

1

( )

( )

( )sin(2π )

( ) sin(2π )

( ) sin(2π )

'

'

'

y t

x' t

t

t

t

t

t

t

=

=

=

+

=

1

1

1

 

(

)

(

)

1

1

( ) sin(2π )

( ) 2π cos(2π )

0

( ) 2π cos(2π )

( ) cos(2π )

t

t

t

t

t

t

t

t

δ

+

=

+

=

1

1

1

 

 
Odpowiedź y(t) można też obliczyć, korzystając z operacji splatania. Uzyskujemy: 

( )

( )

( )

y t

x t

h t

=

=

 

( ) (

)

x

h t

d

τ

τ τ

−∞

=

( )

(

)

;

;

;

...

...

1

sin 2π

(

)

t

x

t x d

dx

d

dx

' t

d

τ

τ

τ

τ

τ

τ

δ

τ τ

−∞

−∞

− =

= −

=−

−∞

=

1

 

(

)

(

)

(

)

calkowanie przez częsci: 

1

sin 2π

( )

vdu uv

udv

t

x

t

x

' x dx

δ

=

−∞

=

1

 

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

wlasnosci delty: próbkowania
                        i filtrowania

1

( )

sin 2π

sin 2π

( )

'

x

t

x

t

x

t

x

t

x

x dx

δ

δ

−∞

−∞

=

1

1

 

(

)

(

)

(

)

(

)

( )

(

)

(

)

(

)

0

0

1

1

0

sin 2π

sin 2π

z t x

x

x

d

d

d

t

x

t

x

z

z

t

x

dx

dz

dx

= −

=

=

=

=

1

1

 

( )

(

)

(

)

ale to już bylo; patrz wyżej

1

sin 2π

( ) cos(2π )

d

t

t

t

t

dt

=

1

1

 

 

  

d

dt

 

1

 

δ

(t

δ

'

(t

( )

' t

δ

 

x(t

x'

(t

( )

x' t

=

( )

y t

background image

Zadania z Przedmiotu 

Technika Analogowa 

Stany nieustalone  11-20

 

© C. Stefański 

 
 

2_ZadaniaOpAnObw11_20_2010.docx 

48 

Zauwa

żone błędy i usterki proszę zgłaszać autorowi na adres cestef@o2.pl 

 

Zadanie 18 
Znajdź napięcie v

o

(t) dla t>0 w układzie przedstawionym na rysunku. 

 

 

 

 
Rozwiązanie

MR

 

 

Na początek policzmy prądy początkowe w naszym układzie. Ponieważ sygnał pobudze-

nia jest stały, to induktor zastępujemy zwarciem dla t<0. 
 

 

 
Łatwo wyliczamy, że (patrz rysunek) 

10

12 V

3

i

A

=

=

Ω +

,  

 

A

i

0

20

=

 
W chwili t=0 następuje przełączenie klucza, czyli dla t>0 nasz układ będzie wyglądał nastę-
pująco. 

 

Narysujmy operatorowy schemat zastępczy powyższego obwodu. 
                                                 

MR

 Podziękowania dla studenta Macieja Rzymowskiego za wstępne wersje rozwiązania zadań 18,19 i20 

1Ω 

2Ω 

2Ω 

2H 

2H 

v

o

(t) 

M

=1H

i

10 

i

20 

1Ω 

2Ω 

2Ω 

2Ω 

12V 

i

10

 

i

20

 

1Ω 

2Ω 

2Ω 

2Ω 

12V 

t

=0 

2H 

2H 

v

o

(t) 

M

=1H

background image

Zadania z Przedmiotu 

Technika Analogowa 

Stany nieustalone  11-20

 

© C. Stefański 

 
 

2_ZadaniaOpAnObw11_20_2010.docx 

49 

Zauwa

żone błędy i usterki proszę zgłaszać autorowi na adres cestef@o2.pl 

 

 

 

 

 

 
 

 

 

W celu obliczenia prądów I

1

(s) i I

2

(s) zapiszmy równania oczkowe dla naszego układu. 

 

1

2

1

2

(2

2 ) ( )

( )

6

( )

(3 2 )

( )

3

s I s

s I s

s I s

s I s

+

+

=

+

+

=

 

Teraz na przykład za pomocą metody eliminacji Gaussa możemy obliczyć wartości prądów 
I

1

(s) oraz I

2

(s): 

1

2

18

9

( )

6 10

3

s

I s

s

s

+

=

+

+

2

2

6

( )

6 10

3

I s

s

s

=

+

+

Napięcie operatorowe V

o

 (s) (patrz rysunek) wyniesie 

2+2s 

sI

2

(s) 

sI

1

(s) 

 

V

o

(s) 

2+2s 

I

1

(s) 

 

I

2

(s) 

 

sMI

2

(s

)

= sI

2

(s

) 

V

o

(s) 

sL

1

=

2

I

1

(s) 

 

I

2

(s) 

 

sMI

1

(s

)=

sI

1

(s

) 

sL

2

=

2

L

1

i

10

+Mi

20

=6

 

L

2

i

20

+Mi

10

=3

 

background image

Zadania z Przedmiotu 

Technika Analogowa 

Stany nieustalone  11-20

 

© C. Stefański 

 
 

2_ZadaniaOpAnObw11_20_2010.docx 

50 

Zauwa

żone błędy i usterki proszę zgłaszać autorowi na adres cestef@o2.pl 

 

(

)

(

)

2

2

1

1

3

3

6

3 7

1

1

( )

( ) 1

6 10

3

7

5

7

5

7

o

V s

I s

s

s

s

s

= −

⋅ =

=

+

+

+

+

+

W celu uzyskania v

o

(t) policzmy odwrotną transformatę z uzyskanego powyżej wyniku. 

 

(

)

(

)

(

)

1

1

3

3

5

7

5

7

3 7

7

( )

e

e

t

t

o

v t

+

=

≈  

2,549

0,785

1,134(e

e

)  [V]

t

t

Na  poniższym  rysunku  przedstawiono  przebieg  v

o

(t).  Na  osi  pionowej  odłożono  napięcie 

w woltach, a na osi poziomej czas w sekundach. 
 

 

 

 

Na  kolejnym  rysunku  przedstawiono  rodzinę  przebiegów  v

o

(t)  przy  indukcyjności  wza-

jemnej M zmieniającej się od zera do wartości maksymalnej granicznej 2H. Na osi pionowej 
odłożono napięcie w woltach, a na osi poziomej czas w sekundach. 

 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

0

2

4

6

8

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

 

 

2

4

6

8

-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

M

=0,2H

M

=1H

M

=2H

background image

Zadania z Przedmiotu 

Technika Analogowa 

Stany nieustalone  11-20

 

© C. Stefański 

 
 

2_ZadaniaOpAnObw11_20_2010.docx 

51 

Zauwa

żone błędy i usterki proszę zgłaszać autorowi na adres cestef@o2.pl 

 

Zadanie 19 
 

Znajdź napięcie v

0

(t)dla t>0 w układzie przedstawionym na rysunku. 

 

 
Rozwiązanie 
 
 

Rozpocznijmy od policzenia prądów początkowych w naszym układzie. Ponieważ sygnał 

pobudzenia jest stały, więc dla t<0 induktor możemy traktować jak zwarcie. 
 

 

 
 

Łatwo wyliczamy, że 

10

12

12

3  [A]

2

2

4

i

=

=

=

+

  , 

 

20

0

i

= . 

 
 

W chwili t=0 następuje przełączenie klucza, czyli dla t>0 nasz układ będzie wyglądał na-

stępująco. 

 

 

Narysujmy operatorowy schemat zastępczy powyższego obwodu. 

 

1Ω 

2Ω 

2Ω 

2H 

2H 

v

o

(t) 

M

=2H 

i

10 

i

20 

1Ω 

2Ω 

2Ω 

2Ω 

12V 

i

10

 

i

20

 

1Ω 

2Ω 

2Ω 

2Ω 

12V 

t

=0 

2H 

2H 

v

0

(t) 

M

=2H 

background image

Zadania z Przedmiotu 

Technika Analogowa 

Stany nieustalone  11-20

 

© C. Stefański 

 
 

2_ZadaniaOpAnObw11_20_2010.docx 

52 

Zauwa

żone błędy i usterki proszę zgłaszać autorowi na adres cestef@o2.pl 

 

 

 
 
 
 
 

 

 

W celu obliczenia prądów I

1

(s) i I

2

(s) zapiszmy równania oczkowe dla naszego układu. 

 

1

2

1

2

(2

2 ) ( )

2

( )

6

2

( )

(3 2 )

( )

6

s I s

s I s

s I s

s I s

+

+

=

+

+

=

 

 
 

Teraz, na przykład za pomocą metody eliminacji Gaussa, możemy obliczyć wartości prą-

dów operatorowych I

1

(s) oraz I

2

(s): 

 

9

1

5

3
5

1

( )

I s

s

= ⋅

+

6

2

5

3
5

1

( )

I s

s

= ⋅

+

 

Napięcie operatorowe V

o

 (s) (patrz rysunek) wyniesie 

 

2+2s 

2sI

2

(s) 

 

2sI

1

(s) 

 

V

o

(s) 

 

2+2s 

I

1

(s) 

 

I

2

(s) 

 

sMI

2

(s

)

2sI

2

(s

) 

V

o

(s) 

sL

1

=

2

I

1

(s) 

 

I

2

(s) 

 

sMI

1

(s

)

2sI

1

(s

) 

sL

2

=

2

L

1

i

10

+Mi

20

=6

 

L

2

i

20

+Mi

10

=6

 

background image

Zadania z Przedmiotu 

Technika Analogowa 

Stany nieustalone  11-20

 

© C. Stefański 

 
 

2_ZadaniaOpAnObw11_20_2010.docx 

53 

Zauwa

żone błędy i usterki proszę zgłaszać autorowi na adres cestef@o2.pl 

 

6

2

5

3
5

1

( )

( ) 1

o

V s

I s

s

= −

⋅ = − ⋅

+

 

W celu uzyskania v

o

(t) policzmy odwrotną transformatę Laplace’a z V

o

(s). Otrzymujemy: 

3
5

6
5

( )

e

[V]

t

o

v t

= −

 

Na poniższym rysunku przedstawiono przebieg v

o

(t). Na osi pionowej odłożono napięcie 

w woltach, a na osi poziomej czas w sekundach. 
 

 

 

 

Na  kolejnym  rysunku  przedstawiono  rodzinę  przebiegów  v

o

(t)  przy  indukcyjności  wza-

jemnej M zmieniającej się od zera do wartości maksymalnej granicznej 2H. Na osi pionowej 
odłożono napięcie w woltach, a na osi poziomej czas w sekundach. 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

0

2

4

6

8

-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

 

 

2

4

6

8

-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

M

=0,2H

M

=1H

M

=2H

background image

Zadania z Przedmiotu 

Technika Analogowa 

Stany nieustalone  11-20

 

© C. Stefański 

 
 

2_ZadaniaOpAnObw11_20_2010.docx 

54 

Zauwa

żone błędy i usterki proszę zgłaszać autorowi na adres cestef@o2.pl 

 

Zadanie 20 
W układzie z poniższego rysunku znajdź przepis na napięcie v

o

(t) dla t>0. 

 

 

 

Rozwiązanie 

 

Pobudzenie napięciowe v

i

(t) tego układu jest złożeniem dwóch podwojonych jedynek He-

aviside’a, więc możemy je zapisać jako: 

)

1

(

2

)

(

2

)

(

=

t

t

t

v

i

1

1

 

Rysujemy model operatorowy naszego układu 

 

 

W tym przypadku nie musimy umieszczać źródła przy induktorze, gdyż warunki począt-

kowe są zerowe, czyli  

Li

(0

+

)=0. 

 

Impedancja dwójnika reprezentującego induktor w modelu operatorowym ma wartość 

sL=s

  [

Ω]. 

 

Transformata napięcia v

i

(t) wynosi  

2

2e

( )

  [V s]

s

i

V s

s

s

=

. 

 

 

2 [Ω] 

2 [Ω] 
 

2 [Ω]
 

V

i

 

(s) [V

.

s]

V

o

(s)

 

s

 [Ω]

  

2Ω 

2Ω 

2Ω

v

i

 (t) 

v

o

(t)

v

i

(t)[V]

[s]

1H 

background image

Zadania z Przedmiotu 

Technika Analogowa 

Stany nieustalone  11-20

 

© C. Stefański 

 
 

2_ZadaniaOpAnObw11_20_2010.docx 

55 

Zauwa

żone błędy i usterki proszę zgłaszać autorowi na adres cestef@o2.pl 

 

 

W rozwiązaniu problemu posłużymy się zastępczym źródłem Thevenina. 

 

 

Najpierw obliczmy napięcie rozwarcia 

2

1

1

e

( )

( )

( )

( )

2

2

2

s

rozw

i

i

T

U

s

V s

V s

E s

s

s

=

=

=

=

+

a następnie policzmy impedancję operatorową źródła Thevenina 

1

( )

1

( )

1

1

2

2

zast

T

Z

s

s

s

Z s

=

+ = + =

+

 

Mając te dwie wielkości możemy z dzielnika napięcia obliczyć V

o

(s)

 

( )

( )

( )

( )

1

2

1

2

( )

1

2

3

s

s

o

T

T

Z s

e

e

V s

E s

Z s

Z s

s

s

s

s

s

s

=

=

=

=

+

+ +

+

 

2

2

2 1

2

1

2 1

2

1

e

e

(

3)

(

3)

3

3

3

3

3

3

s

s

s s

s s

s

s

s

s

=

=

⋅ −

⋅ −

+

+

+

+

 

2 [Ω] 
 

2 [Ω] 
 

V

i

(s) [V

.

s] 

 

U

rozw

 

s

 [Ω] 

 

2 [Ω] 
 

E

T

(s) [V

.

s] 

 

Z

T

(s) [Ω]

 

Z

=2 [Ω] 

 

V

o

(s) 

 

V

o

(s) 

 

Z

zast

 

background image

Zadania z Przedmiotu 

Technika Analogowa 

Stany nieustalone  11-20

 

© C. Stefański 

 
 

2_ZadaniaOpAnObw11_20_2010.docx 

56 

Zauwa

żone błędy i usterki proszę zgłaszać autorowi na adres cestef@o2.pl 

 

Ponieważ już rozłożyliśmy wyrażenie na ułamki proste, łatwo obliczamy transformatę od-

wrotną naszej funkcji V

o

(s): 

3

3(

1)

2

2

2

2

( )

( )

e

( )

(

1)

e

(

1)

3

3

3

3

t

t

o

v t

t

t

t

t

=

=

1

1

1

1

 

(

)

3

3(

1)

2

(1 e

)

( )

(1 e

)

(

1)

3

t

t

t

t

1

1

To jest właśnie poszukiwany przepis na napięcie v

o

(t).  

Dla t>0 przepis ten można zanotować jako: 

(

)

3

3(

1)

2

( )

(1 e

)

(1 e

)

(

1)

3

t

t

o

v t

t

=

1

Na poniższym rysunku przedstawiono przebiegi v

i

(t) (wykres jaśniejszy) i v

o

(t) (wykres ciem-

niejszy). Na osi pionowej oznaczono napięcie w woltach, a na poziomej czas w sekundach. 

 

 

0

0.5

1

1.5

2

2.5

0

0.5

1

1.5

2