do ćwiczeń laboratoryjnych
z przedmiotu
Obwody i sygnały
Do odpowiedzi na pewną część pytań wystarczy pamięciowo opanować podstawowe pojęcia
z instrukcji do ćwiczeń, zaś prawie wszystkie pozostałe pytania sprawdzają rozumienie podstawo-
wych pojęć i umiejętność zastosowania wiedzy zdobytej dzięki uważnemu przestudiowaniu tych
instrukcji.
W kilku przypadkach zachodzi potrzeba odświeżenia wiedzy wykładowej, a nawet poszperania
w literaturze. Wtedy jako początek tropu polecany jest podręcznik Podstawy teorii obwodów
Osiowskiego i Szabatina.
Ponadto prowadzący Laboratorium są gotowi służyć Państwu pomocą w godzinach konsultacji.
Ćwiczenie DWÓJNIKI I CZWÓRNIKI
1.
Przedstaw model elektryczny rzeczywistej cewki indukcyjnej. Jak się wyraża rezystancja
dynamiczna oraz dobroć takiej cewki dla częstotliwości rezonansowej?
2.
Podaj definicje elementów macierzy hybrydowej [h] i napisz równania wiążące napięcia i prądy
wrót poprzez wyrazy tej macierzy.
3.
Co to jest model małosygnałowy czwórnika i jak jest on tworzony?
4.
Według jakich kryteriów należy dobierać punkt pracy w układzie nieliniowym.
5.
Opisz właściwości rzeczywistej cewki indukcyjnej: model zastępczy, częstotliwość rezonansowa
i pozostałe parametry.
6.
Naszkicuj schemat blokowy czwórnika z prądami i napięciami wrotowymi, a następnie
korzystając z rysunku podaj definicje:
• impedancji wejściowej,
• parametrów czwórnikowych h22 oraz h12.
7.
Naszkicuj symbol idealnego transformatora łącznie z prądami i napięciami wrotowymi,
a następnie podaj równania opisujące właściwości tego elementu.
8) Naszkicuj schemat blokowy czwórnika z prądami i napięciami wrotowymi, a następnie korzystając
z rysunku podaj definicje:
• impedancji wyjściowej,
• parametrów czwórnikowych h11 oraz h21.
9.
Objaśnij (rysunek + opis idei) metodę pomiaru nieznanej impedancji Zx lub admitancji Yx,
polegającą na wtrąceniu rezystora o znanej rezystancji.
10. Jakie macierze (wymienić nazwy przynajmniej trzech, nie licząc macierzy hybrydowej) mogą
opisywać czwórnik liniowy (bądź quasiliniowy)?
Ćwiczenie FILTRY
1)
Na przykładzie charakterystyki amplitudowej dolnoprzepustowego filtru Czebyszewa objaśnij
pojęcia:
• częstotliwości granicznej fg,
• wzmocnienia w paśmie przepustowym,
• falowania w paśmie przepustowym.
2)
Po co stosujemy tzw. skalowanie elementów filtru LC i na czym ono polega?
3)
Na przykładzie charakterystyki amplitudowej dolnoprzepustowego filtru Butterwortha objaśnij
pojęcia:
• częstotliwości granicznej fg,
• granicy pasma zaporowego fs,
• tłumienia w paśmie zaporowym.
4)
Naszkicuj częstotliwościowe charakterystyki amplitudowe Butterwortha dla trzech przypadków:
• filtru dolnoprzepustowego,
• filtru pasmowo przepustowego,
• filtru górnoprzepustowego.
Na każdej z naszkicowanych charakterystyk zilustruj sposób określania pasma przenoszenia
filtru.
5)
Naszkicuj charakterystyczny przebieg w funkcji czasu napięcia wyjściowego dla filtru
dolnoprzepustowego pobudzonego na wejściu uskokiem napięcia. Na rysunku zilustruj definicje:
• czasu narastania czoła impulsu,
• miary przerzutu odpowiedzi.
6)
Narysuj rozkład zer i biegunów filtru dolnoprzepustowego rzędu drugiego. Odpowiedź
umiejętnie uzasadnij.
7)
Naszkicuj
amplitudową
charakterystykę
częstotliwościową
dolnoprzepustowego
filtru
Butterwortha drugiego rzędu o częstotliwości granicznej 10 kHz (oś pionowa w dB,
oś pozioma - skala logarytmiczna). Opisz istotne punkty i nachylenia tej charakterystyki.
8)
Naszkicuj
amplitudową
charakterystykę częstotliwościową
górnoprzepustowego
filtru
Butterwortha drugiego rzędu o częstotliwości granicznej 10 kHz (oś pionowa w dB, oś
pozioma - skala logarytmiczna). Opisz istotne punkty i nachylenia tej charakterystyki.
9)
Zdefiniuj odpowiedź impulsową filtru. Naszkicuj tę odpowiedź dla filtru pierwszego rzędu
o transmitancji H(s)=α(s+α)-1 , α>0.
10) Zdefiniuj odpowiedź impulsową filtru. Naszkicuj tę odpowiedź dla filtru pierwszego rzędu
o transmitancji H(s)=α(s+α)-1, α>0.
Ćwiczenie LINIE TRANSMISYJNE
1.
Jakie układy (elementy, sieci elektryczne) nazywamy układami "o stałych rozłożonych", a jakie układami "o stałych skupionych"?
2.
Co to jest długość fali elektromagnetycznej? Podaj definicję słowną oraz zapis przy użyciu wzoru
(lub wzorów) z użyciem prędkości propagacji fali.
3.
Co to są parametry jednostkowe linii transmisyjnej? Wymień (bez wartości liczbowych, ale
wymiar podaj!!!) te parametry dla linii transmisyjnej w ćwiczeniu.
4.
Co to jest impedancja charakterystyczna lub falowa linii transmisyjnej? Podaj wzór dla linii
bezstratnej.
5.
Zdefiniuj współczynnik odbicia na końcu linii. Podaj zależność na ten współczynnik i oblicz go dla
a) linii dopasowanej na końcu, b) linii zwartej na końcu, a) linii rozwartej na końcu.
6.
Wymień zastosowania linii transmisyjnych.
7.
Badana w ćwiczeniu ośmiometrowa linia transmisyjna ma indukcyjność jednostkową 840uH/m
oraz pojemność jednostkową 169pF/m. Oblicz (dopuszcza się rachowanie przybliżone), jakie
opóźnienie sygnału w mikrosekundach wprowadza ta linia.
8.
Badana w ćwiczeniu ośmiometrowa linia transmisyjna ma indukcyjność jednostkową 840uH/m
oraz pojemność jednostkową 169pF/m. Oblicz (dopuszcza się rachowanie przybliżone), jaką
impedancję charakterystyczną w omach wprowadza ta linia.
Pojedynczy, bardzo wąski, dodatni prostokątny impuls napięcia podano na początek linii
z dopasowanego falowo generatora. Linia na końcu jest zwarta. Ile impulsów zaobserwujemy na
końcu linii, a ile na początku? Jaka będzie polaryzacja (dodatnia?/ujemna?) obserwowanych
impulsów?
10. Pojedynczy, bardzo wąski, dodatni, prostokątny impuls napięcia podano na początek linii
z dopasowanego falowo generatora. Linia na końcu jest rozwarta. Po jakim czasie
zaobserwujemy kolejny impuls na początku linii? Jaka będzie wysokość (amplituda) tego
impulsu?
11. Pojedynczy, bardzo wąski, dodatni, prostokątny impuls napięcia podano na początek linii
z dopasowanego falowo generatora. Linia na końcu jest dopasowana (co to znaczy?). Jaki będzie
stosunek wysokości (amplitud) impulsów obserwowanych na początku i końcu linii?
12. W jakich warunkach impuls prostokątny podany na początek (wejście) linii pojawi się ponownie
na wejściu. W przypadku, gdy się pojawia, to po jakim czasie?
Ćwiczenie WIDMA
1.
Podaj definicję sygnału okresowego.
2.
Co to jest widmo sygnału okresowego ?
3.
Co to jest szereg Fouriera sygnału okresowego?
4.
Zapisz i objaśnij ogólną postać szeregu Fouriera z użyciem trygonometrycznego formalizmu
matematycznego.
5.
Zapisz i objaśnij ogólną postać szeregu Fouriera z użyciem wykładniczego formalizmu
matematycznego.
6.
Jaka jest różnica między szeregiem rzeczywistym (trygonometrycznym), a zespolonym Fouriera?
Jak można przejść z jednej reprezentacji na drugą (nie podawaj wzorów, lecz tok postępowania).
7.
Objaśnij pojęcia widma amplitudowego i fazowego sygnału okresowego.
8.
Co to są harmoniczne sygnału okresowego? Ile (generalnie) harmonicznych ma arbitralny sygnał
okresowy? Jaki sens ma zerowa harmoniczna?
9.
Jaki wpływ na widmo ma parzystość sygnału? Rozpatrz problem dla reprezentacji sygnału
szeregiem trygonometrycznym oraz dla reprezentacji szeregiem wykładniczym (zespolonym)
10. Jaki wpływ na widmo ma nieparzystość sygnału? Rozpatrz problem dla reprezentacji sygnału
szeregiem trygonometrycznym oraz dla reprezentacji szeregiem wykładniczym (zespolonym).
11. Współczynniki Fk wykładniczego (zespolonego) szeregu Fouriera pewnego okresowego
rzeczywistego sygnału f(t) są czysto urojone. Co możesz powiedzieć o widmie {ak, bk} tego
sygnału (gdzie ak, bk są współczynnikami trygonometrycznego szeregu Fouriera tego sygnału)?
12. Trygonometryczny szereg Fouriera pewnego okresowego rzeczywistego sygnału f(t) nie zawiera
składników typu bksin(kωot). Co możesz powiedzieć o widmie {ReFk, ImFk} tego sygnału (gdzie Fk
są współczynnikami wykładniczego (zespolonego) szeregu Fouriera tego sygnału)?
13. Narysuj widma amplitudowe i fazowe sygnału:
Const1 + Const2∙cos(Const3∙ωot + Const4)
w układach współrzędnych (k, Fk) dla widma zespolonego oraz (k, ck) i (k, φk) dla ujednoliconego
widma kosinusoidalnego1.
14. Narysuj widma amplitudowe i fazowe sygnału:
Const1 + Const2∙sin(Const3∙ωot + Const4)
w układach współrzędnych (k, Fk) dla widma zespolonego oraz (k, ck) i (k, φk) dla ujednoliconego
widma kosinusoidalnego1.
1 Ujednolicone widmo kosinusoidalne ma bezpośredni związek ze zwartym trygonometrycznym szeregiem Fouriera