Wybrane zagadnienia teorii obwodów w. II

Wybrane zagadnienia teorii obwodów w. II

rok wydania: 2020, wydanie drugie poprawione
ISBN: 978-83-7207-932-9
ilość stron: 294
oprawa: miękka

Opis

Podręcznik przeznaczony jest dla studentów pierwszego semestru drugiego stopnia studiów na kierunku Elektrotechnika. Omówiono w nim najważniejsze problemy związane z teorią i zastosowaniem grafów przepływowych, analizą i projektowaniem filtrów analogowych, syntezą obwodów pasywnych, wrażliwością obwodów i układów elektrycznych, obwodami i układami czasu dyskretnego, obwodami nieliniowymi w szerokim ujęciu (zarówno analizy, jak i syntezy) oraz linią długą. Są to zagadnienia nieporuszane na wykładach z teorii obwodów prowadzonych na pierwszym stopniu kształcenia, a przy tym znacznie rozszerzające wiedzę studenta w zakresie teorii obwodów i jej zastosowań.

Przekazując treści wykładu, autor starał się przedstawić je w formie jak najbardziej przystępnej, ukierunkowanej i aplikacyjnej. Podręcznik jest bogato ilustrowany przykładami obliczeniowymi ułatwiającymi przyswojenie sobie rozległej wiedzy z tej dziedziny.

Spis treści

Przedmowa / 8

1. GRAFY PRZEPŁYWU SYGNAŁÓW / 9
1.1. Podstawowe pojęcia grafu Masona / 9
1.2. Zastosowanie grafu Masona w analizie obwodów / 12
1.3. Przykłady zastosowania grafów w analizie obwodów / 16
1.3.1. Układ z wielopętlowym sprzężeniem zwrotnym / 16
1.3.2. Układ ze wzmacniaczami o skończonym wzmocnieniu / 17
1.3.3. Struktura bikwadratowa filtru analogowego / 18
1.3.4. Filtr KHN / 20
1.3.5. Układ FDNR / 21

2. FILTRACJA CZĘSTOTLIWOŚCIOWA SYGNAŁÓW / 24
2.1. Filtry. Pojęcia podstawowe / 24
2.2. Aproksymacje charakterystyk częstotliwościowych / 26
2.2.1. Wprowadzenie / 26
2.2.2. Aproksymacja Butterwortha / 27
2.2.3. Aproksymacje Czebyszewa / 30
2.2.4. Aproksymacja eliptyczna / 32
2.2.5. Analiza porównawcza filtrów / 34
2.3. Transformacje częstotliwościowe / 36
2.3.1. Transformacja filtru dolnoprzepustowego / 36
2.3.2. Transformacja filtru dolnoprzepustowego w górnoprzepustowy / 37
2.3.3. Transformacja filtru dolnoprzepustowego w środkowoprzepustowy / 39
2.3.4. Transformacja filtru dolnoprzepustowego w środkowozaporowy / 41
2.3.5. Skalowanie rezystancyjne i częstotliwościowe filtrów / 43
2.4. Realizacja filtrów wyższego rzędu o strukturze kaskadowej / 44
2.5. Implementacja aktywna filtrów bikwadratowych o strukturze KHN / 48
2.6. Przykład filtracji analogowej sygnałów / 51

3. WYBRANE METODY SYNTEZY PASYWNYCH OBWODÓW ELEKTRYCZNYCH LINIOWYCH / 55
3.1. Podstawowe definicje obwodów pasywnych / 55
3.2. Warunki realizowalności dwójników pasywnych RLC / 56
3.2.1. Realizowalność w klasie elementów RLC / 57
3.2.2. Realizowalność w klasie elementów RL / 59
3.2.3. Realizowalność w klasie elementów RC / 60
3.2.4. Realizowalność w klasie elementów LC / 61
3.3. Struktury kanoniczne obwodów dwuklasowych / 61
3.4. Metoda Fostera syntezy obwodów dwuklasowych / 63
3.4.1. Metoda Fostera w odniesieniu do obwodu RL / 63
3.4.2. Metoda Fostera w odniesieniu do obwodu RC / 66
3.4.3. Metoda Fostera w odniesieniu do obwodu LC / 70
3.5. Metoda Cauera syntezy obwodów RLC / 72
3.6. Metoda Brune’a syntezy obwodów RLC / 76
3.7. Metoda Darlingtona syntezy obwodów RLC / 81

4. WRAŻLIWOŚĆ OBWODÓW ELEKTRYCZNYCH / 88
4.1. Podstawowe pojęcia wrażliwości / 88
4.2. Niezmienniki wrażliwości względnej / 90
4.3. Określanie wrażliwości metodą obwodu dołączonego / 94
4.3.1. Ogólne równanie Tellegena / 94
4.3.2. Obwód dołączony / 95
4.3.3. Równanie Tellegena w odniesieniu do obwodu przyrostowego / 98
4.3.4. Wyznaczanie wrażliwości / 99
4.3.5. Interpretacja metody układu dołączonego przy użyciu grafów przepływu sygnałów / 108
4.4. Metoda przyrostowa obliczania wrażliwości / 112
4.5. Przykład analizy wrażliwościowej w dziedzinie częstotliwości / 120

5. OBWODY CZASU DYSKRETNEGO / 124
5.1. Opis układów dyskretnych w dziedzinie czasu / 124
5.2. Przekształcenie Z w opisie układów dyskretnych / 130
5.2.1. Definicja przekształcenia Z / 130
5.2.2. Własności transformaty Z / 132
5.2.3. Przekształcenie odwrotne Z / 133
5.2.4. Transmitancja operatorowa układu dyskretnego / 136
5.3. Transformacja układu analogowego w dyskretny na podstawie opisu transmitancyjnego / 140
5.3.1. Transformacja biliniowa / 140
5.3.2. Metoda niezmienniczości odpowiedzi impulsowej / 142
5.4. Obwody z kondensatorami przełączanymi / 143
5.4.1. Zależności podstawowe / 143
5.4.2. Modele obwodowe kondensatorów przełączanych / 145
5.4.3. Zastosowanie grafów w analizie obwodów z kondensatorami przełączanymi / 153

6. ELEMENTY NIELINIOWE W OBWODACH ELEKTRYCZNYCH / 158
6.1. Podstawowe pojęcia elementów nieliniowych / 158
6.2. Rezystory nieliniowe / 161
6.2.1. Wprowadzenie / 161
6.2.2. Przykłady nieliniowych rezystorów dwukońcówkowych / 162
6.2.3. Przykłady nieliniowych rezystorów wielokońcówkowych / 165
6.3. Cewki nieliniowe / 169
6.4. Kondensatory nieliniowe / 174
6.5. Memristory / 179

7. NIELINIOWE OBWODY REZYSTANCYJNE / 184
7.1. Wprowadzenie / 184
7.2. Metody analizy obwodów nieliniowych / 185
7.2.1. Metody graficzne / 185
7.2.2. Metody graficzno-analityczne / 187
7.2.3. Zastosowanie linearyzacji w rozwiązywaniu obwodów nieliniowych / 189
7.2.4. Metody numeryczne rozwiązywania układu równań nieliniowych / 193
7.2.5. Zastosowanie Matlaba w rozwiązywaniu układu równań nieliniowych / 195
7.3. Metody syntezy obwodów nieliniowych / 201
7.3.1. Sformułowanie problemu syntezy / 201
7.3.2. Synteza charakterystyk dwójnikowych / 203
7.3.3. Synteza charakterystyki napięciowo-napięciowej / 211

8. NIELINIOWE OBWODY DYNAMICZNE / 220
8.1. Opis obwodu równaniami stanu / 220
8.2. Punkty osobliwe układu autonomicznego / 222
8.3. Stabilność układów nieliniowych / 224
8.4. Obwody autonomiczne pierwszego rzędu / 228
8.4.1. Punkty równowagi / 228
8.4.2. Rozwiązanie równania stanu pierwszego rzędu w dziedzinie czasu / 230
8.4.3. Rozwiązanie równania stanu pierwszego rzędu w przypadku charakterystyk odcinkowo-liniowych / 232
8.5. Generatory drgań z wykorzystaniem przerzutnika Schmitta / 232
8.5.1. Realizacja przerzutnika Schmitta przy użyciu wzmacniacza operacyjnego / 237
8.5.2. Generator fali prostokątnej i trójkątnej z wykorzystaniem przerzutnika Schmitta / 241
8.6. Stany nieustalone w obwodach nieliniowych drugiego rzędu / 244
8.6.1. Drgania w obwodzie RψC / 245
8.6.2. Drgania samowzbudne w obwodzie z diodą tunelową / 248

9. LINIA DŁUGA / 255
9.1. Schemat zastępczy linii długiej / 255
9.2. Równania różniczkowe linii długiej / 258
9.3. Równania linii długiej w stanie ustalonym przy wymuszeniu sinusoidalnym / 259
9.4. Rozwiązanie linii długiej w stanie ustalonym / 260
9.5. Zależność stałej propagacji od częstotliwości / 266
9.6. Impedancja falowa linii długiej / 267
9.7. Impedancja wejściowa linii długiej / 269
9.8. Współczynnik odbicia fali w linii długiej / 270
9.9. Linia bezstratna / 273
9.9.1. Obciążenie impedancją falową / 273
9.9.2. Stan jałowy / 274
9.9.3. Stan zwarcia / 275
9.10. Stany nieustalone w linii długiej / 276
9.10.1. Rozwiązanie w dziedzinie operatorowej / 276
9.10.2. Przykład rozwiązania czasowego linii bezstratnej w stanie jałowym / 280
9.11. Model obwodowy linii długiej w symulacji komputerowej / 283
Bibliografia / 290
Skorowidz / 292