background image

1. Twierdzenie o zastępczym źródle napięcia (twierdzenie Thevenina): 
Dowolny aktywny obwód liniowy można od strony wybranych zacisków a, b zastąpić obwodem 
równoważnym, złożonym z szeregowo połączonego jednego idealnego źródła napięcia, równego 
napięciu pomiędzy zaciskami a, b w stanie jałowym oraz jednej impedancji równej impedancji 
zastępczej obwodu pasywnego widzianego od strony zacisków a, b
 
Przykład: 

 

 
Wydzieloną gałęzią badaną jest gałąź między zaciskami a-b, przez którą płynie prąd I. Schemat 
zastępczy wg twierdzenia Thevenina: 

 

 
Napięcie Thevenina E

wyznaczamy jako napięcie stanu jałowego między zaciskami a-b. 

 

E

T

 – J*R

– E – J*R

3

 = 0, więc: E

= J*R

+ E + J*R

 

background image

Rezystancję R

wyznaczamy ze schematu (z układu usunięto źródła samodzielne): 

 

R

= R

+ R

3

 

 

Prąd wyznaczamy ze schematu zastępczego układu wg twierdzenia Thevenina: 
 

= E

/ R

+ R

 
 
2.    Twierdzenie  Nortona  Każdy  liniowy  obwód  elektryczny  prądu  stałego,  traktowany  jako  dwójnik 
źródłowy  o  zaciskach  a  –  b,  można  zastąpić  jednym  źródłem  prądu,  równym  prądowi  zwarcia  na 
zaciskach    a  –  b  oraz  równolegle  włączonym  opornikiem  o  konduktancji  równej  konduktancji 
wewnętrznej obwodu mierzonej na zaciskach a – b.
 Prąd płynący przez odbiornik jest proporcjonalny 
do konduktancji gałęzi odbiornika. 
 
Przykład: 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 

background image

 

Zgodnie z twierdzeniem Nortona usuwamy z układu rezystancję R

i zwieramy zaciski a-b. Prąd 

płynący między tymi zaciskami jest prądem Nortona 

 
 
Równanie dla węzła 1 ma postać: 
 
V

* G

11 

= J

z1 

 

Gdzie:   G

11 

= 1/R

1

 + 1/R

2

 + 1/R

 

 

J

z1 

= E

1

/R

1

 + E

2

/R

2

 – J

3

 

 
Stąd:     V

1

 = J

z1

/G

11 

 

 
Ponieważ prąd I

3

 = V

1

/R

3

  

to 

 

J

N

 = I

+ J

 

Wyznaczamy rezystancję R

T

R

= (R

1

*R

2

 / R

1

 + R

2

) + R

3

 

Obliczamy prąd I

= J

N

 * (R

T

 / R

T

 + R

4

background image

LC

f

r

2

1

LC

r

1

Twierdzenie  o  kompensacji:  Rozpływ  prądów  w  obwodzie  elektrycznym  nie  ulegnie  zmianie,  jeżeli 
dowolny  element  rezystancyjny  R  tego  obwodu  zostanie  zastąpiony  źródłem  idealnym  o  napięciu 
źródłowym R równym spadkowi napięcia RI na tym elemencie i o zwrocie przeciwnym niż zwrot prądu 
I. 
 

Twierdzenie o kompensacji 

 

 

 

 
 
 
 
 

5. REZONANS W UKŁADZIE SZEREGOWYM RLC 
Obwodami rezonansowymi lub drgającymi są nazywane obwody elektryczne w których występuje 
zjawisko zwane rezonansem. Rezonans to taki stan pracy obwodu elektrycznego pasywnego, przy 
którym  reaktancja  wypadkowa  obwodu  jest  równa  zeru.  Częstotliwość  przy  której  reaktancja 
wypadkowa  obwodu  jest  równa  zeru  jest  nazywana  częstotliwością  rezonansową.  Rezonans 
wystąpu wtedy gdy φ=0, tzn X=0 czyli X

C

=X

L

 lub ωL = 1/ωC!!!.  

 
Częstotliwość rezonansowa wynosi  

 
 
 
 
 
Pulsacja rezonansowa: 
 
 
 
 
 

  

0

'

U

E

V

V

V

V

V

V

b

d

b

c

b

c

background image

C

L

C

L

r

r

1

R

RC

R

L

U

U

U

U

Q

r

r

R

C

R

L

1

f

f

f

f

r

r

r

r

W stanie rezonansu szeregowego słuszne są ponadto zależności: Z=R; U=U

R

; U

L

+U

L

=0:  

Stwierdzamy zatem że w stanie rezonansu napięć: 

-impedancja obwodu jest równa rezystancji X=0, 
-napięcie przyłożone do obwodu jest równe napięciu na rezystancji, 
-suma geometryczna napięc na indukcyjności i na pojemności jest równa 0,  
-wobec X=0, prąd w obwodzie może osiągać bardzo duże wartości, a w przypadku bardzo 
małej rezystancji źródło napięcia pracuje niemal w warunkach zwarcia. 
 

Impedancję  falową  ρ  nazywamy  reaktancję  indukcyjną  lub  pojemnościową  obwodu  przy 
częstotliwości rezonansowej.
 

 
 
 
 
 
 

W obwodzie szeregowym  dobrocią  nazywamy  stosunek napięcia na  elemencie reaktancyjnym do 
napięcia na elemencie rezystancyjnym 
 
 

 
 
 
 

Gdy pulsacja źródła wynosi ω

0

 – czyli gdy w rozpatrywanym obwodzie wystąpi rezonans napięć – 

wówczas mówimy że obwód jest dostrojony do rezonansu, natomiast gdy nie zachodzi ta zależność 
to  następuje  rozstrojenie  obwodu  czyli  obwód  jest  odstrojony  od  rezonansu.  Rozstrojeniem 
bezwzględnym  nazywamy  stosunek  reaktancji  wypadkowej  do  rezystancji  ξ=X/R=tgφ. 
Rozstrojeniem  względnym  nazywamy  wielkość  względną  będącą  stosunkiem  X/ρ,  tj.  reaktancji 
wypadkowej X do impedancji falowej obwodu ρ.  

 

Rozstrojenie bezwzględne i względne oraz dobroć są ze sobą związane zależnością: 

ξ=Qδ

 
 

 
 
 
 
 
 

 

 
2. 

Metoda superpozycji: 

 
Odpowiedź chwilowa obwodu liniowego na wiele wymuszeń jest równa sumie odpowiedzi 
chwilowych na każde wymuszenie z osobna. Układ nieliniowy nie spełnia zasady superpozycji. 
 
Przykład: 
 

background image

 

Stosując zasadę superpozycji obliczamy rozpływ prądów od każdego źródła oddzielnie. 
Rezystancja widziana z zacisków źródła E

wynosi: 

 

R’ = R

1

 + ( (R

2

*R

3

) / (R

2

 + R

3

) ) 

 

Stąd: I

1

’ = E

1

/R’    I

2

’ = I

1

 

* (R

3

 / R

+ R

2

)     I

3

’ = I

1

 

* (R

2

 / R

+ R

2

)      

 
Analogicznie rezystancja widziana z zacisków źródła E

wynosi: 

 

R’’ = R

2

 + ( (R

1

*R

3

) / (R

1

 + R

3

) ) 

 

Stąd: I

2

’’ = E

2

/R’’    I

1

’’ = I

2

’’

 

* (R

3

 / R

+ R

3

)     I

3

’’ = I

2

’’

 

* (R

1

 / R

+ R

3

)      

 
Sumując prądy płynące otrzymujemy: 
 

I

1

 = I

1

’ + I

1

’’   

I

2

 = I

2

’ + I

2

’’   

I

3

 = I

3

’ + I

3

’’ 

 
 

Twierdzenie  o  przenoszeniu  źródeł  napięcia  :  Rozpływ  prądów  w  obwodzie  nie  ulegnie  zmianie, 
jeżeli idealne źródło napięcia E, znajdujące się w jednej gałęzi obwodu, przynależnej do danego węzła, 
zostanie przeniesione do pozostałych gałęzi przynależnych do tego węzła, ale ze zwrotem przeciwnym 
względem danego węzła. 
 

 

 

 

 

background image

 

Przenoszenie źródeł prądu 

 
Rozpływ  prądów  w  obwodzie  elektrycznym  nie  ulegnie  zmianie,  jeżeli  do  dowolnego  węzła  tego 
obwodu zostaną dodatkowo włączone dwa idealne źródła prądu o jednakowych prądach źródłowych, 
różniące się jedynie zwrotami względem węzła. 
 
 
Rozpływ  prądów  w  obwodzie  nie  ulegnie  zmianie,  jeżeli  równoległe  do  każdej  gałęzi  dowolnie 
wybranego oczka zostanie włączone idealne źródło prądu o takim samym prądzie źródłowym i o takim 
samym zwrocie w stosunku do przyjętego obiegu oczka
 (rys. 4.26a i b). 
 

 

 
 
Twierdzenie o wzajemności oczkowe: jeżeli w obwodzie liniowym rozgałęzionym, jedyne źródło 
napięcia znajdujące się w k-tej gałęzi wywołuje w gałęzi l-tej tego obwodu prąd , to po 
przeniesieniu tego źródła do l-tej, w gałęzi k-tej również popłynie prąd I. 
 

Przekształcenia trójkąt-gwiazda gwiazda-trojkat (nie smiac się z rysunku, w paincie był robiony 
:D) 

background image

 

 
Gwiazda – trojkat 
 
Rab = Ra + Rb + ((Ra*Rb) / Rc) 

 

Rac = Ra + Rc + ((Ra*Rc) / Rb) 
Rbc = Rb + Rc + ((Rb*Rc) / Ra) 
Trojkat – gwiazda 
 
Ra = ((Rab * Rac) / (Rab + Rac + Rbc)) 
Rb = ((Rab * Rbc) / (Rab + Rac + Rbc)) 
Rc = ((Rbc * Rac) / (Rab + Rac + Rbc)) 
 
 

6. Dopasowanie odbiornika na maksymalną moc. 
Stan  w  którym  z  danego  źródła  napięcia  lub  prądu  pobierana  możliwie  największa  moc 

nazywamy dopasowaniem odbiornika do źródła. Moc pobierana przez odbiorniik P

2

=R

I

2

. Jeżeli 

R

Z

=0  (zwarcie  odbiornika)  to  moc  pobierana  przez  odbiornik  jest  również  równa  0.  Jeżeli 

natomiast P

2

=f(R

Z

), E=const oraz R

W

=const to   

2

2

2

)

(

W

Z

Z

Z

R

R

E

R

I

R

P

 

Schemat!!!!!!! 
Wprowadzając dla R

W

≠0 parametr bezwymiarowy k=R

Z

/R

W

 moc jest równa:  

 

1

2

2

1

1

2

2

2

2

k

k

k

R

E

k

k

R

E

P

W

W

 

 
Chcąc znaleźć P

2MAX

 przyrównujemy do zera dP

2

/dk i stąd znajdujemy warunek dla k 

 

2

2

2

2

2

)

1

2

(

)

2

2

(

1

2

k

k

k

k

k

k

R

E

dk

dP

W

 

 
dP

2

/dk = 0 gdy k

2

+2k+1-2k

2

-2k=0 

background image

czyli  k=±1.  Dla  k=-1  mianownik  staje  się  zerem.  Stosunek  rezystancji  przyjmujemy  więc 

jako  dodatni,  czyli  k=1.  Dla  k=1  wyrażenie  d

2

P/dk

2

  jest  ujemne  a  zatem  obliczonej  wartości  k 

odpowiada  maksimum  funkcji  P

2

=f(k).  Z  tego  wszystkiego  można  wywnioskować  że  po 

podstawieniu k=1 moc maksymalna wynosi: P

2MAX

=E

2

/4R

Dopasowanie odbiornika do źródła prądu. Schemat!!!!!! 
 
 
Moc pobieraną przez odbiornik o kondunktancji G

2

=1/R

Z

 wyznaczamy ze wzoru:  

 

2

2

2

)

(

W

Z

Ź

Z

Z

G

G

I

G

U

G

P

 

 
Wprowadzając dla G

W

≠0 parametr bezwymiarowy l=Gz/Gw wyrazimy P

2

= f(l) 

 

1

2

2

1

1

2

2

2

2

l

l

l

G

I

l

l

G

I

P

W

Ź

W

Ź

 

 
 
 
 
Porównując  wzory  z  wzorem  przy  dopasowaniu  do  źródła  napięcia  stwierdzamy  że 

dP

2

/dl=0 dla l= ±1. Stąd też P

2MAX

 dla l=1 a więc Gz=Gw. Zatem: 

 

W

Ź

MAX

G

I

P

4

2

2