Odwrotna transformata Laplace’a, rozwiązywanie obwodów elektrycznych w stanie nieustalonym 1. Wyznaczyć odwrotne transformaty Laplace’a: 1

s −1

s + 2

2 s +1

1.

2.

3.

4.

2

2

2

s( s +1)

s +1

s + 2 s + 2

2 s + 2 s +1

2

2

s + s + 2

s

s + 3

3 s +12 s +11

5.

6.

7.

8.

3

2

2

2

3

2

s + s + s +1

s + 4 s + 8

s + 3 s + 2

s + 6 s +11 s + 6

2 s +1

1

− s

+ e

9.

10.

2

2

( s + 2)

s + 2 s + 2

Od .

p :

1. f ( t) = (1 − t

− e )1( t),

2. f ( t) = (cos t − sin t )⋅1( t), 3. f ( t)

− t

= e (cos t −sin t)⋅1( t), t

−

t

4. f ( t) = e

⋅cos ⋅1( t),

5. f ( t) = ( − t

e + sin t )

2

2

⋅1( t),

6. f ( t)

− t

= e (cos2 t −sin 2 t)⋅1( t), 2

7. f ( t) = ( − t

−2

2

t

e − e

)1( t), 8. f ( t) =( − t 2− t 3− t e + e

+ e )1( t),

−

−

− −

9. f ( t) = (2 − t

e − 3

t

te )

t

( t )1

1( t),

10. f ( t) = e sin t ⋅1( t) + e sin ( t − )

1 ⋅1( t −1).

2. Wyznaczyć prąd i(t). Warunki początkowe zerowe. Dane: L = 0.5, C = 1, R = 1.

iz(t)

iz(t)

i(t)

2

C

L

1

R

1

2

3

t

1

I ( s) =

⋅(

− s

3

2 − 3

− s

e

+ e )

− t

−( t 1

− )

−( t−3)

,

i( t) = 2 e sin t ⋅1( t) − 3 e sin( t −1) ⋅1( t −1) + e sin( t − 3) ⋅1( t − 3).

2

s + 2 s +

2

3. Wyznaczyć napięcie u(t). Warunki początkowe zerowe. Dane: L = 1, C = 0.5, R = 1.

u(t)

e(t)

2

C

1

L

e(t)

R

1

2

3 t

1

U ( s) =

⋅(

2

− s

3

1− 3 e

+ 2 − s

e

)

− t

−( t−2)

−( t−3)

, i( t) = e sin t ⋅1( t) − 3 e sin( t − 2) ⋅1( t − 2) + 2 e sin( t − 3) ⋅1( t − 3).

2

s + 2 s +

2

4. Wyznaczyć napięcie u(t). Warunki początkowe zerowe. Dane: 1

R = 5, L = 1, C =

.

4

iz(t)

3

2

1

iz(t)

L

R

0

1

2

3

t

-1

-2

u(t)

-3

-4

C

-5

-6

60

U ( s) =

⋅(

2

− s

3

1− 3 e

+ 2 − s

e

,

2

)

s( s + 5 s + 4)

− t

4

− t

−( t−2)

4

− ( t−2)

−( t−3)

4

− ( t−3)

i( t) = 5⋅ (3 − 4 e + e ) ⋅1( t) −15⋅ (3 − 4 e

+ e

) ⋅1( t − 2) +10 ⋅ (3 − 4 e

+ e

) ⋅1( t − 3).

5. Wyznaczyć napięcie u(t). Warunki początkowe zerowe. Dane: 1

R = 5, C =

, L = 1.

6

iz(t)

2

i

1

z(t)

L

t

R

0

1

2

3

4

5

6

-1

-2

C

u(t)

-3

-4

60

U ( s) =

⋅(

−2 s

6

−2 + 3

− s

e

− e

,

2

)

s( s + 6 s + 5)

− t

5

− t

−( t−2)

5

− ( t−2)

−( t−6)

−5( t−6)

u( t) = −6 ⋅ (4 − 5 e +10 e ) ⋅1( t) + 9 ⋅ (4 − 5 e

+10 e

) ⋅1( t − 2) − 3⋅ (4 − 5 e

+10 e

) ⋅1( t − 6).

6. Wyznaczyć prąd i(t). Warunki początkowe zerowe. Dane: R = 3, R = 1, L = 2, C = 2.

1

2

iz(t)

L

1

i

R

z(t)

i(t)

2

R

1

2

3

t

1

-1

C

-2

3

9

− s

−

e

2

3 s

2

I ( s) =

(1− e

) −

,

2

2

s( s +1)

( s +1)

3

− t

− t

3

− t−

− t−

9

(

3)

(

3)

−( t 1

− )

i( t) =

(1− e − te )1( t) − (1− e

− ( t − 3) e

)1( t − 3) − ( t −1) e 1( t −1).

2

2

2

7. Wyznaczyć prąd i(t). Warunki początkowe zerowe. Dane: R = 3, R = 1, L = 1 4, C = 1 4.

1

2

iz(t)

C

1

i(t)

i

L

1

2

3

t

z(t)

R

-1

1

R2

-2

−2

3

−

e

s

9

s

3

I ( s) =

( e

−1) +

,

2

2

s( s + 2)

( s + 2)

3

− t

− t

3

2

2

−2( t−3)

−2( t−3)

2

− ( t−2)

i( t) = − (1− e

− 2 te )1( t) + (1− e

− 2( t − 3) e

)1( t − 3) + 9( t − 2) e 1( t − 2).

4

4

1

4

8. Wyznaczyć napięcie u

=

=

=

=

= α =

= ⋅

L(t). Warunki początkowe zerowe. Dane: R

1, R

3, R

, L

1, C

1,

, i ( t)

2 1( t).

1

2

3

3

9 z

C

α u(t)

R2

R3

u(t)

L

uL(t)

iz(t)

R1

3 s +1

U ( s) =

,

u ( t)

− t

= e (3cos t − 2sin t)⋅1( t).

L

2

s + 2 s +

2

L

3

2

1

11

9. Wyznaczyć napięcie u

=

=

=

=

= α =

= ⋅

L(t). Warunki początkowe zerowe. Dane R

, R

, R

, L

1, C

1,

, i ( t)

6 1( t).

1

2

3

2

3

2

9

z

L

α u(t)

uL(t)

R1

R2

u(t)

C

R3

iz(t)

9 s + 2

U ( s) =

,

u ( t)

− t

= e (9cos t − 7sin t)⋅1( t).

L

2

s + 2 s +

2

L

1

1

10. Wyznaczyć napięcie u(t). Warunki początkowe zerowe. Dane: R = 1, R = 1, C =

, L = .

1

2

4

4

e(t)

R

R

2

1

2

u(t)

e(t)

1

L

1

2

3

t

C

-1

2

1

3

( s + 4)

s +

e−

− s

(

4)

s

2

3

2

U ( s) =

(1− e

) −

,

2

2

s( s + 4 s + 8)

s + 4 s + 8

1

− t

3 − t−

1

2

2(

2)

−2( t−3)

i( t) =

(1− e

cos(2 t)) ⋅1( t) − e

(cos 2( t − 2) + sin 2( t − 2)) ⋅1( t − 2) − (1− e cos 2( t − 3)) ⋅1( t − 3).

4

2

4

11. Wyznaczyć napięcie u(t). Warunki początkowe zerowe. Dane: R = 1, R = 1, C = 1, L = 1.

1

2

e(t)

C

R

2

2

1

e(t)

u(t)

R1

1

2

3

L

t

-1

s +1

s + e−

− s

3(

1) s

3

U ( s) = −

(1− e

) −

,

2

2

s( s + 2 s + 2)

s + 2 s + 2

1

− t

− t−

1

(

1)

−( t−3)

i( t) = − (1− e (cos t − sin t)) ⋅1( t) − 3 e cos( t −1) ⋅1( t −1) + (1− e (cos( t − 3) − sin( t − 3))) ⋅1( t − 3).

2

2

12. W obwodzie panował stan ustalony. W chwili t=0 rozwarto klucz, wyznaczyć prąd i(t) dla t≥ 0.

2

1

1

12

Dane: R =

, R = , L = , C =

, i ( t) = 9.

1

2

3

3

3

5

z

uC(o-)/s

C

t≥ 0

t=0

R

C

2

L

I ( )

s

z

L

R

R

1

I(s)

LiL(0-)

1

i ( t)

i(t)

z

u (0 )

I ( s)

C

⋅ R

−

−

+ Li (0 )

z

1

L

−

(0 ) = 6,

(0 ) = 2,

( )

s

i

u

I s =

,

L

−

C

−

1

R + sL +

1

sC

6 s +12

− t

1

1

I ( s) =

, i( t) = 6 e (cos t − 2sin t) ⋅1( t).

5

2

2

2

s + 2 s + 4

13. W obwodach panował stan ustalony, chwili t=0 zwarto klucz, wyznaczyć u(t) dla t≥ 0.

a). Dane: e( t) = const = 5, R = 1, R = R = 2, C = 1.

1

2

3

R

R

1

2

C

t=0

R

e( t )

3

u(t)

E ⋅ R

Cu (0 )

2

3

Od .

p : u (0 ) =

= 2, U ( s)

C

−

=

=

, u( t) = 2 − t

e ⋅1( t).

C

−

R + R + R

1

1

s +1

1

2

3

+

+ sC

R

R

2

3

b). Dane:

1

e( t) = const = 5, R = 3, R = 2, C =

, L = 1.

1

2

4

L

R 1

C

t=0

R

e( t)

2

u(t)

E ⋅ R

E

2

Od .

p : u (0 ) =

= 2, i (0 ) =

=1,

C

−

L

−

R + R

R + R

1

2

1

2

i (0 )

Cu (0 )

L

−

+

C

−

2 s + 4

( )

s

U s =

=

, u( t) = 2 − t

e

cos t + sin t ⋅1( t).

2

(

)

1

1

s + 2 s + 2

+

+ sC

R

sL

2

14. W obwodzie panował stan ustalony. W chwili t=0 rozwarto klucz, wyznaczyć u(t) dla t≥ 0.

I(s) uC(o-)/s C

t≥ 0

t=0

C

e(t)

L

E(s)

u(t)

R 2

R 2

UC(s)

R

L

1

i ( t)

Li

z

L(0-)

1

e( t) = 5 = const, i ( t) = 2 = const, R = 2, R = 3, C = , L = 1.

z

1

2

2

u (0 )

E( s)

C

−

−

+ Li (0 )

L

−

(0 ) = 2,

(0 ) = 5,

( )

s

i

u

I s =

,

L

−

C

−

1

R + sL +

2

sC

1

u (0 )

4

5

C

−

− t

−2

U ( s) = I ( s) ⋅

+

=

+ , u ( t) = (4 e − 4 t e

+ 5)⋅1( t).

C

2

sC

s

s + 3 s + 2

C

s