Obwody i sygnały w teorii i zadaniach
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Obwody i sygnały w teorii i zadaniach.
Spis treści
Przedmowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1. Podstawowe wiadomości o sygnałach i wielkościach elektrycznych . . . . . . . . . . . . . 9
1.1. Sygnały . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.1.1. Klasyfikacja sygnałów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.1.2. Sygnał stały . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.1.3. Sygnały zmienny i okresowy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.1.4. Sygnał sinusoidalny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.2. Wielkości elektryczne i jednostki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.2.1. Zjawisko przepływu prądu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.2.2. Natężenie pola elektrycznego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.2.3. Napięcie elektryczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.2.4. Prąd elektryczny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.2.5. Moc i energia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.3. Zadania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2. Teoria obwodów – elementy i topologia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.1. Elementy obwodu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.2. Elementy pasywne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.2.1. Rezystor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.2.2. Cewka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.2.3. Kondensator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.3. Elementy aktywne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.3.1. Źródła napięcia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.3.2. Źródła prądu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.4. Obwód elektryczny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.5. Zadania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3. Podstawowe prawa i elementarne obwody . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.1. Wstęp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.2. Prawo Ohma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.3. Pierwsze prawo Kirchhoffa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.4. Drugie prawo Kirchhoffa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.5. Połączenie szeregowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.6. Połączenie równoległe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.7. Zasada superpozycji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.8. Zadania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
4 Obwody i sygnały w teorii i zadaniach
4. Analiza obwodów w stanie ustalonym . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
4.1. Wstęp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
4.2. Metoda przekształcania obwodu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
4.2.1. Zamiana trójników . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.2.2. Zamiana źródeł . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
4.2.3. Twierdzenie o włączaniu dodatkowych źródeł . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
4.2.4. Twierdzenie o kompensacji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
4.2.5. Twierdzenie Thevenina i Nortona . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
4.3. Metoda praw Kirchhoffa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
4.4. Metoda prądów oczkowych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
4.5. Metoda potencjałów węzłowych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
4.6. Zadania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
5. Analiza obwodów prądu sinusoidalnego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
5.1. Wstęp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
5.2. Wartość skuteczna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
5.3. Analiza szeregowego połączenia elementów RLC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
5.3.1. Napięcie na rezystorze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
5.3.2. Napięcie na cewce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
5.3.3. Napięcie na kondensatorze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
5.3.4. Napięcie na źródle prądu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
5.4. Metoda liczb zespolonych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
5.5. Analiza obwodów metodą liczb zespolonych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
5.6. Zjawisko rezonansu napięć . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
5.7. Zjawisko rezonansu prądów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
5.8. Moc w obwodach prądu zmiennego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
5.8.1. Moc opornika . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
5.8.2. Moc cewki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
5.8.3. Moc kondensatora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
5.8.4. Moc zespolona . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
5.9. Zadania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
6. Obwody prądu stałego z elementami nieliniowymi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
6.1. Charakterystyki elementów nieliniowych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
6.2. Prawa obwodów nieliniowych. Aproksymacja charakterystyk . . . . . . . . . . . . . . . 128
6.3. Metody analizy obwodów nieliniowych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
6.3.1. Graficzne metody analizy obwodów nieliniowych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
6.3.2. Analityczne metody analizy obwodów nieliniowych . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
6.3.3. Zastosowanie twierdzeń o zastępczych źródłach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
6.4. Źródła sterowane prądu i napięcia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
Spis treści 5
6.5. Wzmacniacz operacyjny i jego model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
6.6. Analiza obwodów ze źródłami sterowanymi i ze wzmacniaczem
operacyjnym . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
6.7. Zadania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
7. Obwody prądu odkształconego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
7.1. Sygnały okresowe odkształcone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
7.2. Szereg Fouriera i widmo sygnału . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
7.3. Analiza obwodów z wymuszeniem odkształconym . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
7.4. Zadania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
8. Stany nieustalone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
8.1. Prawa komutacji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
8.2. Równania różniczkowe – metoda klasyczna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
8.3. Zadania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
9. Stany nieustalone – metoda operatorowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212
9.1. Przekształcenie Laplace’a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212
9.2. Wyznaczanie transformat odwrotnych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
9.3. Obwody w postaci operatorowej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
9.4. Analiza obwodów metodą operatorową . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
9.5. Zadania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236
Literatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240
Szczegóły
ISBN | 0239-6386 |
Autor | Włodarczyk M. |
Oprawa | br |
Rok wydania | 2015 |
Format | b5 |
Stron | 242 |