background image

 

© Lesław ŁADNIAK 
 
!430_Obwod_RLC2 2009-12-17 

Obwody drugiego rzędu  

 

Szeregowy obwód RLC 

 

 Każdy obwód elektryczny można przedstawić jako kombinacje 
połączeń idealnych elementów: rezystora, cewki, kondensatora 
oraz źródła siły elektromotorycznej. Rozpatrzmy obwód złożony z 
szeregowo połączonych elementów RLC oraz źródła siły 
elektromotorycznej  e(t). Schemat obwodu przedstawiono na 
Rys. 1.  Przyjmiemy,  że w chwili t = t

o

 nastąpiło zamknięcie 

łącznika W, a tym samym przyłączenie rozpatrywanego obwodu do 
źródła energii elektrycznej. 
 

Równania opisujące obwód RLC  
 
 Korzystając z bilansu energii dla dowolnej chwili czasu 
możemy napisać: 
 
  dW

R

(t) + dW

L

(t) + dW

C

(t) = dW

Ź

(t) 

 
gdzie: 
  dW

R

(t) - energia rozpraszana na rezystancji w chwili t

 dW

L

(t) - energia gromadzona w cewce w chwili t, 

 dW

C

(t) - energia gromadzona w kondensatorze w chwili t,  

 dW

Ź

(t) - energia dostarczana przez źródło w chwili t

 
 Ilość energii, jaka jest przekazywana przez źródło siły 
elektromotorycznej do rozpatrywanego obwodu w każdej chwili 
czasu jest opisana wzorem: 
 
  dW

E

 = p

E

(t) dt = u

E

(t) i

E

(t) dt 

 
 Elementarna 

ilość energii, jaka jest rozpraszana na rezystancji 

w każdej chwili czasu jest opisana wzorem: 
 
  dW

R

 = p

R

(t) dt = u

R

(t) i

R

(t) dt 

 
 Ilość energii gromadzona w kondensatorze w każdej chwili 
czasu jest opisana wzorem: 
 

  dW

C

 = p

C

(t) dt = u

C

(t) i

C

(t) dt = u

C

(t) 

dq

dt dt = d [u

C

(t) q(t)] 

 
  W przypadku cewki elementarna ilość energii gromadzona w 
każdej chwili czasu wynosi: 
 

  dW

L

 = p

L

(t) dt = u

L

(t) i

L

(t) dt = 

d

ψ

dt  i

L

(t) dt = d [i

L

(t) 

ψ

(t)] 

 

 Pamiętając o tym, że   dW(t) = p(t) dt = 
u(t) i(t) dt
 
możemy bilans energii zastąpić bilansem 
mocy: 
 
  p

R

(t) + p

L

(t) + p

C

(t) = p

Ź

(t) 

 
 

R

e(t)

u

R

(t)

i(t)

W

C

u

C

(t)

u

L

(t)

L

+q

-q

Φ

 

Rys. 1. Szeregowy obwód RLC 

 
 

R

i

ź

(t)

i(t)

W

C

u(t)

L

i

R

i

L

i

C

Φ

+q

-q

 

Rys. 2. Równoległy obwód RLC 

 

background image

 

 
 
 

 
 Ponieważ w rozpatrywanym przypadku, elementy obwodu są 
połączone szeregowo, to przez każdy z tych elementów płynie taki 
sam prąd i(t). Po uwzględnieniu tego faktu w równaniu na bilans 
mocy otrzymujemy równanie: 
 
  u

R

(t) + u

L

(t) + u

C

(t) = e(t) 

 
które jest zgodne z napięciowym prawem Kirchhoffa dla 
rozpatrywanego obwodu. 
 
  W przypadku, gdy elementy obwodu są skupione, stacjonarne i 
liniowe przepływ prądu  i(t) powoduje, że napięcia na 
poszczególnych elementach obwodu wynoszą: 
 
  u

R

(t) = R i(t) 

 

  u

L

(t) = L 

di(t)

dt  

  u

C

(t) = 

1

t

o

t

 i(

τ

) d

τ

 + u

C

(t

o

 
  Po podstawieniu do równania wynikającego z napięciowego 
prawa Kirchhoffa wartości napięć na poszczególnych elementach 
obwodu otrzymujemy następujące równanie: 
 

  R i(t) + L 

di(t)

dt  + 

1

t

o

t

 i(t) dt+ u

C

(t

o

) = e(t) 

 
 Po  uporządkowaniu i obustronnym zróżniczkowaniu 
powyższego równanie otrzymujemy: 
 

 L 

di

2

(t)

dt

2

 + R 

di(t)

dt  + 

1

C i(t) = 

du(t)

dt  

 
 Postać kanoniczna tego równania jest następująca: 
 

 

di

2

(t)

dt

2

 + 

R

di(t)

dt  + 

1

LC i(t) = 

1

du(t)

dt  

 
 Rozpatrywane równanie jest równaniem różniczkowym 
drugiego rzędu
. Jest to zwyczajne liniowe równie różniczkowe, 
o stałych rzeczywistych współczynnikach
, bo elementy obwodu 
są skupione, stacjonarne i liniowe. Ponieważ po prawej stronie 
tego równania występuje funkcja opisująca zmiany w czasie 
wartości wymuszenia działającego w obwodzie, to równanie jest 
równaniem niejednorodnym

 

background image

 

© Lesław ŁADNIAK 
 
!430_Obwod_RLC2 17-12-2009 

Rozwiązywanie obwodu RLC  

 

Wyznaczanie odpowiedzi swobodnej  
 
  W celu wyznaczenia odpowiedzi swobodnej układu, należy 
rozwiązać równanie jednorodne, które otrzymujemy przyjmując, 
że prawa strona rozpatrywanego równania różniczkowego jest 
równa zeru: 
 

 L 

di

2

(t)

dt

2

 + R 

di(t)

dt  + 

1

C i(t) = 0 

 
 Ponieważ rozpatrywane równanie różniczkowe jest równaniem 
o stałych współczynnikach to funkcja wykładnicza o postaci: 
 
  i(t) = I

o

 e

st

 

 
spełnia rozpatrywane równanie jednorodne. 
 
 Ponieważ pierwsza i druga pochodna funkcji wykładniczej 
wynosi: 
 

 

di(t)

dt  = sI

o

 e

st

 oraz 

di

2

(t)

dt

2

 = s

2

I

o

 e

st

 

 

 
to rozpatrywane równanie jednorodne przyjmuje postać: 
 

  s

2

L i(t) + sR i(t) + 

1

sC i(t) = 0 

 
 Ponieważ interesuje nas niezerowe rozwiązanie, to powyższe 
równanie możemy podzielić przez i(t). Otrzymane w ten sposób 
równanie nazywamy równaniem charakterystycznym 
rozpatrywanego równania różniczkowego: 
 

  s

2

L + sR + 

1

C = 0 

 
 Należy zauważyć,  że stopień równia charakterystycznego jest 
taki sam jak rząd równania różniczkowego, czyli liczba 
pierwiastków równania charakterystycznego jest taka sama jak 
rząd równania różniczkowego. 
 

 
 
 

R

u

R

(t)

i(t)

W

C

u

C

(t)

u

L

(t)

L

+q

-q

Φ

 

Rys. 3. Obwód RLC bez źródeł 

background image

 

 
 
 

 

 Funkcja 

wykładnicza o postaci i(t) = I

o

 e

st

 spełnia równanie 

jednorodne wtedy i tylko wtedy, gdy liczba s jest pierwiastkiem 
równia charakterystycznego. 

 
 Jeżeli równanie charakterystyczne ma n pierwiastków, to 
rozwiązanie równia jednorodnego (odpowiedź swobodna) jest 
sumą n funkcji wykładniczych: 
 

  i

s

(t) = 

Σ

    n

i=1

 I

i

 e 

s

t

 

 
gdzie  s

i

  są pierwiastkami równania charakterystycznego, czyli 

zależą tylko od parametrów RLC obwodu, a I

i

  są wartościami 

początkowymi poszczególnych składowych rozwiązania 
jednorodnego. 
 
 Odpowiedź swobodna zależy więc jedynie od parametrów 
obwodu, a nie zależy od działających w obwodzie źródeł napięcia 
lub prądu. 
 
  W obwodzie drugiego rzędu, czyli z dwoma rodzajami 
elementów gromadzących energię, odpowiedź swobodna, czyli 
rozwiązanie rozpatrywanego równia różniczkowego jednorodnego 
drugiego rzędu jest postaci: 
 
  i

s

(t) = I

1

 e

s1t

 + I

2

 e

s2t

 

 
gdzie  s

1

 oraz s

2

  są pierwiastkami równania charakterystycznego. 

Natomiast  I

1

 oraz I

2

  są stałymi całkowania, których wartość jest 

uzależniona od warunków początkowych. 
 

α

j

ω

-0.5

0

0.5

1

2

3

4

5

f(t)

t

 

Położenie pierwiastków równania charakterystycznego 
 

background image

 

© Lesław ŁADNIAK 
 
!430_Obwod_RLC2 17-12-2009 

 

Pierwiastki równia charakterystycznego  
 
 O 

wartości pierwiastków równia charakterystycznego decyduje 

wartość wyznacznika równia charakterystycznego, który w 
rozpatrywanym przypadku jest opisany równaniem: 
 
 

Δ

 = R

2

 - 4 L/C 

 
1. Jeżeli wyznacznik równania charakterystycznego jest większy 
od zera 

Δ

 > 0, czyli gdy R > 2 L/C, to odpowiedz swobodna 

układu jest tłumiona i może być przedstawiona jako suma dwóch 
zanikających wykładniczo funkcji (drgania aperiodyczne): 
 
  i

s

(t) = I

1

 e

s1t

 + I

2

 e

s2t

 

 
2. Jeżeli wyznacznik równania charakterystycznego jest mniejszy 
od zera 

Δ

 < 0, czyli dla R < 2 L/C), to odpowiedź jest oscylacyjna 

i może być przedstawiona jako zanikająca sinusoida (drgania 
oscylacyjne tłumione): 
 
  i

s

(t) = I e

-

α

t

sin(

ω

t + 

θ

). 

 
3. Jeżeli wyznacznik równania charakterystycznego jest równy 
zeru 

Δ

 = 0, czyli gdy R = 2 L/C, to odpowiedź jest krytycznie 

tłumiona (drgania krytyczne) i może być reprezentowana przez 
sumę następujących funkcji: 
 
  i

s

(t) = I

1

 e

st

 + I

2

 t e

st

 
 W przypadku 1’ oraz 3’, gdy pierwiastki s

i

 równania 

charakterystycznego są rzeczywiste i ujemne lub stanowią parę 
sprzężoną o części rzeczywistej ujemnej. Spełniony jest wtedy 
warunek: 
 
  lim

t

→∞

 i

s

(t) = 0 

 
czyli składowa swobodna odpowiedzi dąży do zera, gdy czas dąży 
do nieskończoności. Stąd nazwa składowa przejściowa. 
 
 Kształt odpowiedzi swobodnej (składowej przejściowej), czyli 
rozwiązania równania jednorodnego, zależy tylko od wartości i 
schematu połączeń elementów RLC tworzących rozpatrywany 
obwód. 

 
 
 

0

1

τ

2

τ

3

τ

4

τ

5

τ

25

50

75

100

~37

t

%

 

Rys. 4. Odpowiedź swobodna dla 

Δ > 0 

 

-0.5

0

0.5

1

2

3

4

5

f(t)

t

 

Rys. 5. Odpowiedź swobodna dla 

Δ < 0 

 

background image

 

 
 
 

 

Wyznaczanie odpowiedzi wymuszonej  
 
 Odpowiedź wymuszona nazywana jest składową ustaloną, 
nawet wtedy gdy jest ona funkcją okresowo zmienną, pod 
warunkiem,  że odpowiedź swobodna układu dąży do zera, gdy 
czas dąży do nieskończoności. 
 
  W celu wyznaczenia odpowiedzi wymuszonej należy rozwiązać 
równanie niejednorodne. Istnieje kilka metod otrzymywania 
rozwiązania równania niejednorodnego, z pośród których należy 
wyróżnić metodę przewidywań. 
 
 

Metoda przewidywań  
 
 Odpowiedz 

wymuszoną układu, czyli rozwiązanie szczególne 

równania niejednorodnego szukamy metodą przewidywań w 
zależności od kształtu sygnału wymuszającego. 
 
 Jeżeli w rozpatrywanym obwodzie działają źródło napięcia e(t) 
jest sinusoidalnie zmienne, to rozwiązaniem będzie funkcja 
sinusoidalnie zmienna o postaci: 
 
  i

w

(t) = I

m

 sin (

ω

t + 

ψ

 
 Jeżeli w rozpatrywanym obwodzie działa  źródło napięcia  e(t)
którego wartość jest stała w czasie, to rozwiązaniem będzie funkcja 
o postaci: 
 
  i

w

(t) = F 

 

  Zmiana postaci funkcji wymuszającej powoduje 
zmianę postaci odpowiedzi wymuszonej układu. Zmiana 
parametrów obwodu lub zmiana układu połączeń 
elementów w obwodzie, powoduje jedynie zmianę 
parametrów funkcji opisującej odpowiedź wymuszoną 
układu. 

 

 

t

ω

t

F

m

T

2

π

ψ

t = 0

 

Rys. 6. Odpowiedź wymuszona 

 

background image

 

© Lesław ŁADNIAK 
 
!430_Obwod_RLC2 17-12-2009 

 

Rozwiązanie ogólne 
 
  Rozwiązaniem ogólnym równia różniczkowego jest sumą 
dwóch składników: odpowiedzi swobodnej i odpowiedzi 
wymuszonej. 
 
  i(t) = i

s

(t) + i

w

(t) 

 
 Ta część rozwiązania ogólnego, która spełnia równanie 
różniczkowe, gdy jego prawa strona jest równa zeru, czyli gdy w 
obwodzie nie ma wymuszeń, jest nazywana rozwiązaniem 
jednorodnym. Natomiast ta część rozwiązania, która ma tę sama 
postać jak funkcja wymuszająca, nosi nazwę rozwiązania 
szczególnego. 
 
  Dla obwodu drugiego rzędu, w którym działa sinusoidalnie 
zmienna siła elektromotoryczna postać rozwiązania ogólnego 
będzie następująca: 
 
  i(t) = I

1

 e

s1t

 + I

2

 e

s2t

 + I

m

 sin (

ω

t + 

ψ

 
gdzie I

1

 oraz I

2

  są stałymi, których wartości należy dobrać w 

zależności od warunków początkowych. 
 
 Rozwiązanie przy zerowym wymuszeniu charakteryzuje 
naturalne (swobodne), niewymuszone zachowanie układu. Postać 
tego rozwiązania zależy od stopnia równania różniczkowego 
opisującego rozpatrywany układ. Z tego względu pierwiastki 
wielomianu charakterystycznego są nazywane wartościami 
własnymi układu. 
 
 Ponieważ narzucone warunki początkowe muszą być 
identyczne z warunkami początkowymi rozwiązania szczególnego, 
to rolą rozwiązania jednorodnego jest „skompensowanie 
sprzeczności” pomiędzy wymaganiami wynikającymi z postaci 
funkcji wymuszającej oraz niezależnych od niej warunków 
początkowych. 
 
 

Warunki początkowe  
 
 Warunkami 

początkowymi nazywamy wartości (ładunków i 

strumieni) napięć i prądów występujących na poszczególnych 
elementach obwodu w chwili t = t

o-

, czyli tuż przed zmianą 

wartości parametrów źródeł wymuszenia lub elementów obwodu, 
czy też zmiany struktury obwodu. 
 

 Jeżeli w chwili t = t

o-

, czyli tuż przed 

załączeniem obwodu w polu magnetycznym 
w otaczającym cewkę lub w polu 
elektrycznym wytworzonym pomiędzy 
okładkami kondensatora była zgromadzona 
energia, to w obwodzie występują niezerowe 
warunki początkowe
 
 Ponieważ zgodnie z zasadą zachowania 
energii, ilość energii na każdym z 
elementów obwodu dla chwili t = t

o-

 musi 

być równa ilości energii w chwili t = t

o+

czyli po załączeniu obwodu, to muszą być 
spełnione następujące warunki: 
 
  u(t

o-

) q(t

o-

) = u(t

o+

) q(t

o+

 
oraz 
 
 i(t

o-

ψ

(t

o-

) = i(t

o+

ψ

(t

o+

) 

 
 Jeżeli przyjmujemy, że w chwili t = t

o

 

ilość ładunków q na okładkach kondensatora 
nie ulega zmianie oraz strumień 
magnetyczny 

ψ

 przenikający cewkę nie 

ulega zmianie, to w konsekwencji ani 
wartość napięcia na kondensatorze, ani prąd 
płynący przez cewkę nie może zmienić się 
skokowo. W konsekwencji otrzymujemy: 
 
  u

C

(t

o-

) = u

C

(t

o+

 
oraz 
 
  i

L

(t

o-

) = i

L

(t

o+

 
 Znajomość warunków początkowych, 
czyli wartości początkowych napięć i 
prądów oraz pochodnych tych wielkości, 
jest konieczna do prawidłowego 
wyznaczenia stałych całkowania przy 
rozwiązania obwodów elektrycznych w 
stanach przejściowych. 
 

background image

 

 
 
 

 
  Wyznaczenie wartości stałych całkowania I

1

 oraz I

2

, których 

liczba jest równa stopniowi równania charakterystycznego, czyli 
rzędowi równania różniczkowego, jest uzależniona od warunków 
początkowych, wartości początkowych i ich pochodnych. 
 
Ponieważ dla t > t

o

 

 
  i(t) = i

s

(t) + i

w

(t) 

 
to dla t = t

o+

 musi być spełniony warunek: 

 
  i(t

o+

) = i

s

(t

o+

) + i

w

(t

o+

 
oraz 
 
  i’(t

o+

) = i

s

’(t

o+

) + i

w

’(t

o+

) 

 
Ponieważ odpowiedź swobodna jest opisana wzorem: 
 
  i

s

(t) = I

1

 e

s1t

 + I

2

 e

s2t

 

 
to otrzymujemy następujące warunki: 
 
  i(t

o+

) = (I

1

 + I

2

)+ i

w

(t

o+

 
oraz 
 
  i’(t

o+

) = (s

1

 I

1

 + s

2

 I

2

)+ i

w

’(t

o+

) 

 
Z równań tych wynika, że 
 
  I

1

 + I

2

 = i(t

o+

) - i

w

(t

o+

 
oraz 
 
  s

1

 I

1

 + s

2

 I

2

 = i’(t

o+

) - i

w

’(t

o+

) 

 

 Dla 

układu drugiego rzędu odpowiedź 

naturalna, swobodna jest opisana wzorem: 
 
  y

s

(t) = Y

1

 e

s1t

 + Y

2

 e

s2t

 

 
to otrzymujemy następujące warunki: 
 
  y(t

o+

) = (Y

1

 + Y

2

)+ y

w

(t

o+

 
oraz 
 
  y’(t

o+

) = (s

1

 Y

1

 + s

2

 Y

2

)+ y

w

’(t

o+

) 

 
 Z 

równań tych wynika, że 

 
  Y

1

 + Y

2

 = y(t

o+

) - y

w

(t

o+

 
oraz 
 
  s

1

 Y

1

 + s

2

 Y

2

 = y’(t

o+

) - y

w

’(t

o+

) 

 
 Funkcja  wymuszająca powoduje 
wystąpienie w rozwiązaniu, odpowiedzi 
układu składowych określonych przez 
wartości własne układu. 
 
Jeżeli  
 

  y(0) = 

U

p(s

o

) oraz  y’(0) = 

s

o

 U

p(s

o

) 

 
to stałe 

C

1

 = C

2

 = 0 i rozwiązanie 

jednorodne nie występuje. 
 

background image

 

© Lesław ŁADNIAK 
 
!430_Obwod_RLC2 17-12-2009 

 
 

Procedura użycia biegunów i zer 

 
  W celu wyznaczenia napięcia na zaciskach lub prądu płynącego 
między zaciskami obwodu elektrycznego (odpowiedzi układu dwu 
zaciskowego) złożonego z elementów skupionych, stacjonarnych i 
liniowych, czyli opisanego równaniem różniczkowym drugiego 
rzędu o stałych współczynnikach: 
 

   

d2i(t)

dt2

 + p 

di(t)

dt  + q i(t) = u(t) 

 
na wymuszenie sygnałem 

u(t)

, który można opisać funkcją 

wykładniczą typu 

f(t) = F

o1

 e

 s1t

 + F

o2

 e

 s2t

 należy: 

 
1. Wyznaczyć funkcję impedancji lub admitancji obwodu 
względem interesujących zacisków. 
 Należy pamiętać,  że impedancje poszczególnych elementów 
obwodu są opisane równaniami podanymi w tabeli 1. 
Tabela 1. 

Rezystor Cewka Kondensator 

Z

R

(s) = R 

Z

L

(s) = sL 

Z

C

(s) = 

1

sC 

 
 Funkcję impedancji Z(s) lub admitancji Y(s) wyznaczamy dla 
wybranej pary zacisków obwodu elektrycznego w analogiczny 
sposób jak w twierdzeniu Thevenina. Funkcja impedancji Z(s) lub 
admitancji  Y(s) (krótko mówiąc immitancja) zawiera wszystkie 
informacje o występujących w obwodzie elementach oraz 
połączeniach pomiędzy tymi elementami i jest postaci: 
 

  Z(s) = K 

(s - s

1

)(s - s

2

)

(s - s

a

)(s - s

b

gdzie:

 

  s = s

1,

 s

2

,

 są zerami impedancji, czyli gdy Z(s) = 0, 

  s = s

a,

 s

b

,

 są biegunami impedancji, czyli gdy Z(s) = 

 
2. Wyznaczyć bieguny i zera impedancji lub admitancji 
układu. 
 Obliczyć bieguny i zera impedancji lub admitancji obwodu oraz 
wykreślić diagram biegunów i zer. 

background image

 

10 

 
 
 

 
3. Wykorzystać bieguny i zera do opisu składowej swobodnej 
odpowiedzi układu (składowej przejściowej). 
 Zapisać równania opisujące poszczególne składowe odpowiedzi 
swobodnej. Na podstawie biegunów lub zer można określić 
funkcje opisujące odpowiedź swobodną obwodu. Znając funkcję 
impedancji obwodu, wykorzystać bieguny do opisania 
poszczególnych składowych odpowiedzi swobodnej napięcia, a 
zera wykorzystać do opisania składowych swobodnych prądu. W 
równaniach opisujących składowe swobodne odpowiedzi należy 
przyjąć, że są one na razie nieznane. 
 
  (a) 

Dla zwartych zacisków obwodu, odpowiedź swobodna 

prądu (przejściowa) opisana jest równaniem: 
 
 

i

s

 = I

1

 e

s1t

 + I

2

 e

s2t

 

 
 gdzie 

s

1

s

2

 są zerami funkcji impedancji lub biegunami funkcji 

admitancji. 
 
  (b) Dla rozwartych zacisków obwodu, odpowiedź swobodna 
(przejściowa) napięcia jest opisana równaniem: 
 
 

u

s

 = U

a

 e

sat

 + U

b

 e

sbt

 

 
 gdzie 

s

a

s

b

 są biegunami funkcji impedancji lub zerami funkcji 

admitancji. 
 
 Jeżeli występują zera lub bieguny wielokrotne, to postać funkcji 
opisującej składową swobodną jest następująca: 
 
 

f

s

 = (F

1

 + t F

2

) e

skt

 

 
 gdzie 

s

k

 jest biegunem lub zerem wielokrotnym (dwu krotnym). 

 

background image

 

11 

© Lesław ŁADNIAK 
 
!430_Obwod_RLC2 17-12-2009 

 
4. Wyznaczyć odpowiedź wymuszoną układu przy zadanej 
funkcji wymuszającej (składową ustaloną). 
 Odpowiedź wymuszona układu zależy od postaci funkcji 
wymuszającej oraz wartości impedancji Z(s) lub admitancji Y(s) 
układu. Kształt i parametry funkcji wymuszającej jednoznacznie 
określają wartość parametru s

w

 wykładniczej funkcji opisującej 

wymuszenie. W czasie obliczeń odpowiedzi wymuszonej wartość 
impedancji  Z(s) lub Y(s) wyznaczamy dla parametru s

w

 funkcji 

wymuszającej. 
 
 

u

w

(t) =

 Z(s

w

) I

o

 e

swt

 

 
 

i

w

(t) =

 Y(s

w

) U

o

 e

swt

 

 
5. Rozwiązanie jest sumą składowej swobodnej i składowej 
wymuszonej. 
 Całkowita odpowiedź obwodu jest sumą odpowiedzi swobodnej 
i wymuszonej: 
 
  i(t) = i

s

(t) + i

w

(t) =  

 
  u(t) = u

s

(t) + u

w

(t) 

 
6. Obliczyć nieznane współczynniki składowych swobodnych 
(przejściowych) dla zadanych warunków początkowych. 
 Współczynniki składowej swobodnej odpowiedzi wyznaczamy 
pamiętając o zasadzie zachowania energii. Ponieważ energia w 
obwodzie tuż po zamknięciu klucza musi być równa energii jaka 
była w chwili tuż przed zamknięciem tego klucza, to w 
konsekwencji prąd płynący przez cewkę oraz napięcie na zaciskach 
kondensatora nie mogą zmienić się skokowo. 
 
 

i(t) = I

1

 e

s1t

 + I

2

 e

s2t

 + Y(s

w

) U

o

 e

swt

 

 
 

u(t) = U

a

 e

sat

 + U

b

 e

sbt

 + Z(s

w

) I

o

 e

swt

 

 
 Współczynniki I

1

, I

2

 dobieramy z warunków początkowych dla 

prądu: 
 
 

i(t=0) = I

1

 + I

2

 + Y(s

w

) U

o

 

 

 

di(t=0)

dt  

= s

1

 I

1

 + s

2

 I

2

 + s

w

 Y(s

w

) U

o

 

 
7. Zapisujemy rozwiązanie 

background image

 

12 

 
 
 

 
8. Podsumowanie 
 
  Stan ustalony jest odpowiedzią na energię dostarczoną do 
obwodu elektrycznego z zewnątrz, czyli energię źródeł. Składowe 
przejściowe są odpowiedzią układu na energię zmagazynowaną 
wewnątrz tego układu, czyli w cewkach i kondensatorach. 
 
  W celu wyznaczenia odpowiedzi swobodnej liniowego układu 
należy: 
 
 1. 

Napisać równanie różniczkowe dla rozpatrywanego obwodu. 

 2. 

Przekształć to równie do postaci jednorodnego równia 

różniczkowego. 
 3. 

Przyjąć wykładniczą postać rozwiązania z nieznanymi 

stałymi. 
  4. Wyznacz stałe zanikania z równia jednorodnego. 
 5. 

Określ współczynniki z warunków początkowych.