1.Stan nieustalony w szeregowej gałęzi RC
Dla obwodu jak na rysunku 1 prawdziwe są zależności
uR
uC +� uR =� U t = 0 i
uR =� iR
W R
duC
i =� C
uC
U C
dt
Rys. 1. Szeregowa gałąz
RC
z których wynika, że
duC
RC +� uC =� U
dt
a ponadto z warunku komutacji otrzymujemy
uC(�0 +�)�=�U0
gdzie U0 - początkowe napięcie na kondensatorze. Rozwiązanie tego zagadnienia ma postać
U -�U0 / t�
uC(�t)�=� U +� (�U0 -�U)�e-�t / t� , i(�t)�=� 0 +� e-�t
R
składowa ustalona składowa przejściowa
gdzie = RC - stała czasowa obwodu. Przebiegi napięcia i prądu kondensatora zostały pokazane na rysunku 2. Należy zwrócić uwagę na
sposób zaznaczenia stałej czasowej oraz na fakt, że prąd kondensatora może ulec skokowej zmianie.
a) b)
U
U0
u
U -�U0
u
styczne styczne
R
U0
i
0 t� 2t� 3t� 0 t� 2t� 3t�
t t
i
-�U0
R
Rys. 2. Przebiegi napięcia i prądu kondensatora dla wybranych przypadków przejściowych:
a) doładowanie kondensatora (U > U0 > 0), b) rozładowanie kondensatora (U = 0, U0 > 0)
2. Stan nieustalony w szeregowej gałęzi RL
Dla obwodu jak na rysunku 4 prawdziwe są zależności
uR
uL +� uR =� U t = 0 i
uR =� iR
W R
uL
d i
L
uL =� L
U
dt
Rys. 4. Szeregowa gałąz
RL
z których wynika, że
L di U
+� i =�
R dt R
a ponadto z warunku komutacji otrzymujemy
i(�0 +�)� =� I0
gdzie I0 - początkowy prąd cewki. Rozwiązanie tego zagadnienia ma postać
U U
ć� ��e-�t / t� , uL(�t)� =� 0 +� -� RI0)�e-�t / t�
i(�t)� =� +� I0 -� (�U
�� ��
R R
Ł� ł�
składowa ustalona składowa przejściowa
gdzie = L/R - stała czasowa obwodu. Przebiegi napięcia i prądu cewki zostały pokazane na rysunku 5. Należy zwrócić uwagę na sposób
zaznaczenia stałej czasowej oraz na fakt, że napięcie na cewce może ulec skokowej zmianie.
a) b)
U
I0
-� I0
R
i
i
U  RI0 styczne styczne
I0
u
0 t� 2t� 3t� 0 t� 2t� 3t�
t t
u
 RI0
Rys. 5. Przebiegi napięcia i prądu cewki dla wybranych przypadków przejściowych:
a) załączenie cewki na napięcie stałe (U/R > I0 > 0), b) zwarcie cewki przez rezystor (U = 0, I0 > 0)
3.Stan jałowy transformatora
W stanie jałowym w uzwojeniu wtórnym nie płynie żaden prąd, w uzwojeniu
pierwotnym płynie mały prąd magnesujący, który powoduje niewielkie spadki napięcia na
rezystancji R1 i indukcyjności rozproszenia Lr1. Przekładnia napięciowa transformatora w
stanie jałowym jest zbliżona do zwojowej.
W stanie jałowym:
- reaktancja związana ze strumieniem głównym Xź,
- reaktancja związana ze strumieniem rozproszenia XS1,
- rezystancja uzwojenia pierwotnego R1,
- rezystancja związana ze stratami mocy czynnej w rdzeniu transformatora RFe.
Rys.11. Schemat zastępczy transformatora pracującego w stanie jałowym.
W stanie jałowym w uzwojeniu wtórnym nie płynie żaden prąd, w uzwojeniu
pierwotnym płynie prąd jałowy I0, który powoduje niewielkie spadki napięcia na rezystancji
R1 i indukcyjności rozproszenia LS1.
4. Stan obciążenia transformatora
Transformator pracuje w stanie obciążenia, gdy uzwojenie pierwotne jest zasilane ze
z
ródła napięcia przemiennego, a do zacisków uzwojenia wtórnego dołączony jest odbiornik. Stan obciążenia charakteryzuje się tym, że
wartości obydwu prądów, spadki napięcia
na rezystancjach i indukcyjnościach rozproszenia są duże. Korzystając z zależności
umożliwiających sprowadzenie uzwojenia wtórnego na stronę uzwojenia pierwotnego
otrzymamy schemat zastępczy transformatora w stanie obciążenia, który uwzględnia
następujące elementy składowe:
- reakt. strumienia głównego Xź,
- reakt. strumienia rozproszenia uzwojenia pierwotnego XS1,
- reakt. strumienia rozproszenia uzw. wtórnego sprowadzona na stronę pierwotną X S2,
- rezystancja uzwojenia pierwotnego R1,
- rezystancja uzwojenia wtórnego sprowadzona na stronę pierwotną R 2,
- rezystancja strat mocy czynnej w rdzeniu transformatora RFe,
- impedancja odbiornika sprowadzona na stronę pierwotną Z odb.
Korzystając z praw Kirchhoffa dla obwodów magnetycznych możemy napisać
zależności dla transformatora pracującego w stanie obciążenia i wykonać wykres wektorowy:
I1  I2 = I0 = Iu + I Fe
U1=R1U1 + jXS1I1 + R2 I2 +jXs2I2 + Z I2
odb
U1=R1U1 + jXS1I1 +E1
E2 = R2 I2 +jXs2I2 + Z I2
odb
5. Stan zwarcia
stanie zwarcia w uzwojeniach płyną prądy znamionowe. Napięcie wtórne jest
równe zeru, a do uzwojenia pierwotnego doprowadza się napięcie równe spadkom napięć
wywołanych prądami znamionowymi na rezystancjach uzwojeń i indukcyjnościach
rozproszenia. Cała moc czynna pobierana przez zwarty transformator pokrywa wyłącznie
straty, zamieniając się w całości na ciepło. Ponieważ prąd jałowy I0 w stanie zwarcia stanowi
kilka 0/00 prądu pobieranego przez transformator możemy dokonać uproszczenia w schemacie
zastępczym transformatora pracującego w stanie zwarcia.
Korzystając z praw Kirchhoffa dla obwodów magnetycznych możemy napisać
zależności dla transformatora pracującego w stanie zwarcia i wykonać wykres wektorowy:
6.Maszyna prądu stałego
M  moment elektromagnetyczny
e
E  energia pola magnetycznego ą- kąt położenia wirnika
e
7. Silnik obcowzbudny
Równania obwodu twornika
U = E + Rat It
Prędkość obrotowa wirnika
Korzystając z Me = C $fa It i równań twornika
LUB
$ $
8. Metody zmiany prędkości
-zmiana napięcia doprowadzonego do silnika 1
-zmiana spadku napięć w obwodzie twornika 2
-zmiana strumienia wzbudzenia 3
1 2 3
9. Silnik asynchroniczny (indukcyjny)  jest maszyną elektryczną zmieniającą energię elektryczną w energię mechaniczną, w której wirnik
obraca się z poślizgiem w stosunku do wirującego pola magnetycznego wytworzonego przez uzwojenia stojana.
Silnik indukcyjny trójfazowy  najczęściej stosowany silnik indukcyjny, posiadający trójfazowe uzwojenie stojana. Fazy uzwojenia w czasie
pracy sa połączone w gwiazdę lub w trójkąt. Po przyłączeniu do sieci, w trzech nieruchomych cewkach (fazach) stojana, przesuniętych o
120o, płynna prądy fazowe sinusoidalne o wartości chwilowej IR, IS, IT, przesunięte wzgledem siebie o 1/3 okresu.
Poślizg
Prędkość wirowania pola wirnika:
Prędkość mechaniczna:
Prędkość synchroniczna:
10. Wyjaśnić zasadę działania silnika asynchronicznego jednofazowego, narysować jego charakterystykę mechaniczną oraz podać
sposoby jego rozruchu.
Silnik indukcyjny jednofazowy składa się ze stojana i wirnika. Nieruchomy stojan jest wykonany z izolowanych wzajemnie blach
stalowych, charakteryzujących się wyciętymi żłobkami na swym wewnętrznym obwodzie. W obszarze 2/3 wszystkich żłobków stojana jest
umieszczone uzwojenie główne (robocze) silnika, natomiast w pozostałej części znajduje się nawinięte uzwojenie fazy pomocniczej
(rozruchowej). Uzwojenia główne i rozruchowe są przesunięte względem siebie w maszynie dwubiegunowej o kąt 90�. Prądy płynące w tych
uzwojeniach powinny być względem siebie przesunięte w fazie o 1/4 okresu, tzn. ich wektory powinny być przesunięte o 90�. Dla
osiągnięcia tego stosuje się dwa rozwiązania silników jednofazowych klatkowych: a) silniki z fazą rozruchową kondensatorową;
b) silniki z fazą rozruchową oporową. Silnik jednofazowy z kondensatorem stosowany służy do napędu urządzeń
uruchamianych pod obciążeniem, takich jak kompresory, podnośniki, pompy benzynowe itp. Silnik jednofazowy z rezystancyjną fazą
rozruchową jest powszechnie stosowany do napędu w pralkach domowych, pompach odśrodkowych, aparatach medycznych, polerkach
i innych urządzeniach niewymagających dużego momentu rozruchowego.
11. Narysować i wyjaśnić zasadę działania generatora drgań sinusoidalnych.
y
ródłem drgań w generatorach sinusoidalnych jest najczęściej obwód rezonansowy, złożony z równolegle połączonych indukcyjności L i
pojemności C. A
adunki zgromadzone w kondensatorze powodują powstanie pola elektrycznego. A
adunki zgromadzone na kondensatorze
powodują przepływ prądu przez cewkę. Prąd ten wytworzy strumień magnetyczny, w którym będzie zmagazynowana energia. Cewka staje
się z
ródłem prądu ładującego kondensator. Z powodu rezystancji obwodu, część energii będzie się za każdym razem zamienia na ciepło, aż
do wyczerpania energii. Powstaną drgania gasnące. Aby otrzymać drgania niegasnące konieczne jest uzupełnienie strat energii poprzez
dodatnie sprzężenie zwrotne w obwodzie LC.
Konieczne jest przy tym spełnienie dwóch warunków: Warunek amplitudy, określający potrzebną wartość współczynnika sprzężenia
zwrotnego niezbędna do potrzymania stałej amplitudy drgań �=1/ku. Warunek fazy, który mówi, że suma przesunięć fazowych
wzmacniaczy i obwodu sprzężenia zwrotnego musi być równa zeru.
Generator drgań LC Colpitza
12. Narysować i wyjaśnić zasadę działania relaksacyjnego generatora drgań piłokształtnych.
Drgania relaksacyjne są to drgania o przebiegu wolno narastającym, a następnie szybko zanikającym, tzw. piłokształtnym. Prosty układ
przedstawiony jest na rysunku. Po zamknięciu wyłącznika W napięcie na kondensatorze wzrasta wg. Krzywej wykładniczej tym wolniej, im
większa jest rezystancja R, ograniczając prąd ładowania. Po osiągnięciu pewnego napięcia następuje szybkie rozładowanie kondensatora i
spadek napięcia na jego okładzinach . Pros ten cyklicznie się powtarza. Częstotliwość drgań relaksacyjnych można regulować przez zmianę
parametrów R i C układu. Największe zastosowanie takie generatory znajdują w układach lamp oscyloskopowych i kineskopowych.
13.Narysować podstawowe układy pracy tranzystora bipolarnego.
1. Układ ze wspólnym emiterem OE (WE)
2. Układ ze wspólną bazą OB. (WB)
3. Układ ze wspólnym kolektorem OC (WC)
Tranzystor pracujący w układzie OE jest najczęściej używany w układach elektronicznych ponieważ charakteryzuje się:
-dużym wzmocnieniem prądowym
- dużym wzmocnieniem napięciowym
- dużym wzmocnieniem mocy
Tranzystor pracujący w układzie OB. ma:
- małą rezystancję wejściową
- bardzo dużą rezystancje wyjściową
- wzmocnienie prądowe bliskie jedności
Tranzystor pracujący w układzie OC charakteryzuje się:
- dużą rezystancją wejściową (co ma istotne znaczenie we wzmacniaczach małej częstotliwości)
- wzmocnieniem napięciowym równym jedności (stąd jest nazywany również wtórnikiem emiterowym)
- dużym wzmocnieniem prądowym
14.Opisać podstawowe klasy pracy wzmacniacza
15. Wyjaśnić sprzężenie zwrotne i opisać jego rodzaje.
16. Opisać realizację dwóch funkcji matematycznych z wykorzystaniem wzmacniacza operacyjnego.
17.Opisać diodę prostowniczą oraz diodę Zenera z uwzględnieniem zastosowania oraz obszaru pracy na charakterystykach
prądowo-napięciowych.
a) Dioda prostownicza (rys. po lewej) służy głównie do prostowania prądu przemiennego. Jej główną cechą jest możliwość
przewodzenia prądu o dużym natężeniu. Dioda pracuje w pierwszej ćwiartce.
b) Dioda zenera (rys. po prawej). W kierunku przewodzenia (anoda spolaryzowana dodatnio względem katody) zachowuje się jak
normalna dioda, natomiast przy polaryzacji zaporowej (katoda spolaryzowana dodatnio względem anody) może przewodzić
prąd po przekroczeniu określonego napięcia na złączu, zwanego napięciem przebicia. Podstawowe zastosowanie diody Zenera
to z
ródło napięcia odniesienia w stabilizatorach, ponadto używana bywa do przesuwania poziomów napięć oraz jako element
zabezpieczający i przeciwprzepięciowy.
18. Narysować prostownik jednopołówkowy oraz przebiegi czasowe napięcia wejściowego i wyjściowego.
Na rys. przedstawiony jest najprostszy układ prostownika. Ug jest z
ródłem napięcia przemiennego, a RL jest rezystancją reprezentującą
obciążenie prostownika. W tym przypadku z
ródłem napięcia wejściowego Ug jest napięcie zmienne takie jak na przykład w sieci 220V
50Hz, które jest obniżane na transformatorze sieciowym i podawane na diodę D. Tak, więc dla wejściowego napięcia sinusoidalnego o
amplitudzie zdecydowanie większej od napięcia przewodzenia diody napięcie na obciążeniu UL wygląda tak jak na rys. (przebieg czerwony).
Jak widać przez diodę przedostają się tylko dodatnie połówki sinusoidy, gdyż wówczas na anodzie diody jest wyższy potencjał niż na
katodzie i dioda jest spolaryzowana w kierunku przewodzenia (oczywiście wtedy gdy Ug>0.6V). Można, więc powiedzieć, że jest to
prostownik jednopołówkowy. Napięcie UL występuje, więc jedynie przez połowę okresu napięcia wejściowego Ug.
19. Narysować prostownik w układzie mostka Graetza oraz przebiegi czasowe napięcia wejściowego i wyjściowego.
Na rys. przedstawiony jest inny układ prostownika. Jest to dwupołówkowy układ mostkowy. Tak zwany mostek złożony jest z
diod D1, D2, D3, D4. Przebiegi napięcia wejściowego Ug i wyjściowego UL przedstawione są na rys. Dla dodatniej połówki
sinusoidy sygnału wejściowego prąd (strzałki czerwone) popłynie przez diodę D1 do obciążenia RL, dalej poprzez diodę D3 do z
ródła Ug.
Następnie dla połówki ujemnej prąd (strzałki niebieskie) popłynie poprzez diodę D2 do obciążenia RL jak widać zachowując ten sam
kierunek przepływu prądu przez obciążenie jak dla połówki dodatniej, a następnie poprzez diodę D4 z powrotem do z
ródła Ug. W efekcie na
wyjściu układu otrzymamy napięcie wyprostowane dwupołówkowy, co widać na przebiegu z rys. 3.12 (przebieg czerwony). Poziome
odcinki pomiędzy połówkami sinusoidy są spowodowane spadkami napięć na przewodzących diodach. Warto zauważyć, że w układzie
mostkowym dla obu kierunków sygnału wejściowego, z wejściem są połączone szeregowo dwie diody. Dlatego aby prąd zaczął płynąć do
obciążenia napięcie Ug musi być większe od podwojonego napięcia przewodzenia diody (Ug>2�0.6V). Warto o tym pamiętać szczególnie
przy projektowaniu zasilaczy.
20. Narysować prostownik jednopołówkowy z filtrem pojemnościowym oraz przebiegi czasowe napięcia wejściowego i wyjściowego
dla dwóch różnych wartości rezystancji obciążenia.
Mały opór Duży opór
21. Narysować prostownik jednopołówkowy z filtrem pojemnościowym oraz przebiegi czasowe napięcia wejściowego i wyjściowego
dla dwóch różnych wartości pojemnośći kondensatora.
Małą pojemność Duża pojemność
rysunek do obu
22. Tyrystor
23.Prostownik z obciążeniem rezystancyjnym
24.Prostownik z obciążeniem rezystancyjno indukcyjnym