Obwody elektryczne 2018/19
Kontakt: Dr inż. Marek Ossowski marek.ossowski@p.lodz.pl Zakład Ukaładów i Sysytemów Nieliniowych Instytut Systemów Inżynierii Elektrycznej Al.Politechniki 11 pok.14 Ip (C3) Tel.(42) 6312515 Tel 501673231 tylko w sprawach niezwykle ważnych!!!! OE1 2015
Program wykładów Obwody elektryczne -wstęp Prawa Kirchhoffa Twierdzenie Tellegena Elementy obwodów Oporniki liniowe Łączenie oporników Rezystywność i konduktywność Oporniki nieliniowe Charakterystyki wypadkowe połączeń Źródła niezależne idealne i rzeczywiste Źródła sterowane OE1 2015
Program wykładów (cd) Obliczanie prostych obwodów DC Obwody równoważne Metoda praw Kirchhoffa Zasada superozycji Twierdzenie Thevenina-Nortona Metoda potencjałów węzłowych Zasada wzajemności Twierdzenie o kompensacji Podstawy analizy obwodów AC OE1 2015
Teoria Obwodów cz.I – M.Tadeusiewicz Literatura Teoria Obwodów cz.I – M.Tadeusiewicz Teoria Obwodów. Zadania – praca zbiorowa po redakcją M.Tadeusiewicza OE1 2015
Zaliczenie przedmiotu Obecność na wszystkich zajęciach Zaliczenie egzaminu pisemnego Forma: Krótkie pytania (możliwość testu) Pytania problemowe Proste zadania obliczeniowe OE1 2015
POJĘCIA PODSTAWOWE Urządzenie elektryczne = obiekt fizyczny taki jak tranzystor, wzmacniacz operacyjny Obwód elektryczny połączone przewodami urządzenia elektryczne Urządzenia elektryczne reprezentowane są przez modele składające się z podstawowych elementów obwodów (oporników, źródeł, kondensatorów, cewek) Modele przybliżony opis fizycznych urządzeń To samo urządzenie może mieć różne modele OE1 2015
Kierunki odniesienia: Rozpatrywane są napięcia między węzłami i prądy płynące w gałęziach łączących węzły. Zwyczajowo przyjmuje się za dodatni kierunek przepływu ładunków dodatnich (napięcie od + do -) Ze względu na możliwe zmiany w czasie kierunku ruchu ładunków trudno określić aktualny kierunek prądu i zwrot napięcia przyjmuje się pewne kierunki odniesienia, które wraz z wartością (za znakiem) są jednoznaczną informacją o prądzie i napięciu OE1 2015
Kierunki odniesienia (interpretacja) OE1 2015
OBWÓD PRZYKŁADOWY OE1 2015
POJĘCIA PODSTAWOWE (cd) WĘZEŁ miejsce połączenia końcówek elementów oznaczane na schematach kropką. GAŁĄŹ odcinek obwodu między węzłami (zawiera zwykle jeden element lub urządzenie wraz z przewodami) ŚCIEŻKA ciąg gałęzi: rozpoczyna się w jednym węźle, przebiega kolejno pewien zbiór gałęzi i kończy się w węźle końcowym PĘTLA zamknięty ciąg gałęzi: rozpoczyna się w jednym węźle, przebiega kolejno pewien zbiór gałęzi i kończy się w tym samym węźle początkowym (inaczej: ścieżka o wspólnym początku i końcu) omin topologie OE1 2015
Napięciowe Prawo Kirchhoffa (NPK) Dla dowolnego obwodu elektrycznego, dowolnej zmienności napięć, w dowolnej chwili : algebraiczna suma napięć gałęziowych wzdłuż dowolnej pętli wynosi zero Liczba gałęzi i-tej pętli OE1 2015
OBWÓD PRZYKŁADOWY OE1 2015
Napięciowe Prawo Kirchhoffa (NPK) - uogólnienie Dla dowolnego obwodu elektrycznego, dowolnej zmienności napięć, w dowolnej chwili : algebraiczna suma napięć międzywęzłowych wzdłuż dowolnego zamkniętego ciągu węzłów wynosi zero OE1 2015 14
Sekwencja (ciąg) węzłów 1-2-5-6 NPK: -u1-u25+u5+u6 3 2 u6 u3 u25 u5 u4 4 6 5 Sekwencja (ciąg) węzłów 1-2-5-6 NPK: -u1-u25+u5+u6
Prądowe Prawo Kirchhoffa (PPK) Dla dowolnego obwodu elektrycznego, dowolnej zmienności prądów, w dowolnej chwili algebraiczna suma prądów w dowolnym węźle wynosi zero Liczba gałęzi zbiegających się w i-tym węźle OE1 2015
OBWÓD PRZYKŁADOWY OE1 2015
Prądowe Prawo Kirchhoffa (ogólniej) Dla dowolnego obwodu elektrycznego w dowolnej chwili algebraiczna suma prądów przenikających dowolną gaussowską powierzchnię zamkniętą wynosi zero. Liczba gałęzi przecinających powierzchnię zamkniętą Si OE1 2015
PRZYKŁAD: OE1 2015
Zasady pisania równań Kirchhoffa Dla obwodu o n węzłach i b gałęziach można napisać: n-1 liniowo niezależnych równań z PPK (dla n-1 dowolnie wybranych węzłów) b-n+1 liniowo niezależnych równań z NPK (dla b-n+1 odpowiednio wybranych pętli) Ogólna liczba liniowo niezależnych równań jakie można napisać dla obwodu o n węzłach i b gałęziach wynosi: OE1 2015
Elementy obwodów Oporniki liniowe nieliniowe Źródła niezależne napięciowe prądowe Źródła sterowane (zależne) OE1 2015
Uwaga: Wartości chwilowe wielkości obwodowych, np.prądów i napięć (funkcje czasu) oznaczamy zawsze małymi literami np. u(t), i(t), p(t), w(t) OE1 2015
Jednostki Stosujemy jednostki podstawowe układu SI: Jednostka napięcia Jednostka natężenia prądu: Jednostka oporu (rezystancji): Jednostka mocy: Jednostka energii: OE1 2015
Będziemy rozważać elementy SLS: skupione (S) liniowe (L) stacjonarne (S) OE1 2015
Moc i energia i u Moc chwilowa Energia Związek między mocą i energią: OE1 2015
Opornik liniowy Równania Symbole Jednostki Charakterystyka prądowo-napięciowa OE1 2015
Opornik liniowy Obliczanie rezystancji Długość przewodu konduktywność przewodność rezystywność oporność właściwa pole powierzchni poprzecznej przewodu OE1 2015
Rezystywność i konduktywność przewodników Materiał Rezstywność Konduktywność m mm2/m S/m m/(mm2) SREBRO 1.6210-8 0.0162 62.5106 62.5 MIEDŹ 1.7510-8 0.0175 57 106 57 ALUMINIUM 2.8310-8 0.0283 35.3 106 35.3 CYNA 1210-8 0.12 8.33 106 8.33 PLATYNA 11.1 10-8 0.111 9 106 9 MANGANIN 44 10-8 0.44 2.3 106 2.3 KONSTANTAN 48 10-8 0.48 2.1 106 2.1 CHROMONIKIELINA 110 10-8 1.1 0.91 106 0.91 CYNK 6.3 10-8 0.63 15.9 106 15.9 OE1 2015
Parametry rezystorów Rezystancja znamionowa wskaźnik wartości rezystancji. Podawana z największym dopuszczalnym odchyleniem rezystancji rzeczywistej od rezystancji znamionowej. (Dopuszczalne odchyłki zawarte w przedziale 0,1 – 20 %) Moc znamionowa największa dopuszczalna moc możliwa do wydzielenia w rezystorze. Moc ta jest zależna od powierzchni rezystora, sposobu odprowadzenia ciepła, maksymalnej dopuszczalnej temperatury pracy i temperatury otoczenia. Napięcie znamionowe największe dopuszczalnym napięciem, które może być przyłożone do rezystora bez zmiany jego właściwości (bez jego uszkodzenia). Typowe wartości znamionowe: od kilkudziesięciu do kilkuset woltów. OE1 2015
Rodzaje rezystorów regulowane Oporniki stałe OE1 2015
Rezystory (cd) Drutowe: z przewodu cylindrycznego lub taśmowego nawiniętego na korpusie ceramicznym Warstwowe: elementem oporowym jest cienka warstwa przewodząca (węglowa lub metalowa) nałożona na nieprzewodzącą część konstrukcyjną Objętościowe (masowe): przewodzą prąd całym przekrojem. OE1 2015
Przykład: 4K74700 (węglowy) Pasek 1, pole # Pasek 2, pole # Pasek 4, tolerancja w % Pasek 3, mnożnik (ile zer?) PASEK 1: żółty 4..............4 PASEK 2: fiolet 7...............7 PASEK 3: czerwony 2.......00 PASEK 4: złoty 5%(tol.) 4700 OE1 2015
Przykład kodu wartości 1-szy pasek: pomarańczowy = 3 2-gi pasek: pomarańczowy = 3 3-i pasek: czerwony = 2 ( 102) 4-ty pasek: czerwony = 2% 33 x 102 = 3300 = 3.3 k OE1 2015
Oporniki nieliniowe: rezystancja statyczna Proporcjonalna do tangensa nachylenia siecznej w danym punkcie OE1 2015
Oporniki nieliniowe: rezystancja dynamiczna Proporcjonalna do tangensa nachylenia stycznej w danym punkcie OE1 2015
Oporniki nieliniowe uzależnione napięciowo i prądowo Opornik, dla którego u jest jednoznaczną funkcją prądu i dla i(-;+ ) nazywamy uzależnionym prądowo. Opornik, dla którego i jest jednoznaczną funkcją napięcia u dla u(-;+ ) nazywamy uzależnionym napięciowo. termistor Dioda tunelowa OE1 2015
Oporniki nieliniowe nieuzależnione Opornik, dla którego u jest jednoznaczną funkcją prądu i dla i(-;+ ) oraz dla i jest jednoznaczną funkcją napięcia u dla u(-;+ ) nazywamy nieuzależnionym. Żarówka z włóknem wolframowym OE1 2015
Charakterystyki elementów nieliniowych: OE1 2015
L Cewka i u i indukcyjność Strumień magnetyczny przenikający przez uzwojenie jest proporcjonalny do prądu gdy charakterystyka strumieniowo-prądowa cewki liniowej jest linią prostą przechodzącą przez początek układu współrzędnych. i OE1 2015
L - indukcyjność cewki Dla cewki, która ma z zwojów wprowadzamy pojęcie „strumień skojarzony” z uzwojeniem: OE1 2015
Kondensator i u C q u pojemność Ładunek elektryczny na okładkach kondensatora jest proporcjonalny do napięcia gdy q charakterystyka napięciowo-ładunkowa kondensatora liniowego jest linią prostą przechodzącą przez początek układu współrzędnych. u OE1 2015
C - pojemność kondensatora OE1 2015
Elementy pasywne i aktywne obwodów Element pasywny pobiera energię Element aktywny dostarcza ją do obwodu pasywny aktywny OE1 2015
Źródła napięciowe Źródłem napięciowym jest dwukońcówkowy element posiadający na swoich zaciskach zadane napięcie uz(t) niezależne od wartości prądu płynącego przez źródło. Symbole: OE1 2015
Źródła napięciowe (idealne): charakterystyki OE1 2015
Rzeczywiste źródło napięciowe Symbole: OE1 2015
Stany pracy źródła napięciowego Obciążenie: obciążenie OE1 2015
Charakterystyka napięciowo-prądowa źródła napięciowego (rzeczywistego) Stan jałowy Stan zwarcia OE1 2015
Stany pracy źródła napięciowego (cd) Stan jałowy(rozwarcie) Zwarcie OE1 2015
Dopasowanie odbiornika do źródła Prąd w obwodzie: Moc odbiornika: OE1 2015
Dopasowanie odbiornika do źródła (cd) Warunek dopasowania odbiornika do źródła OE1 2015
Przykładowy wykres mocy odbiornika: OE1 2015
Sprawność ukladu odbiornikźródło 0.5 dopasowanie OE1 2015
Źródła prądowe Źródłem prądowym jest dwukońcówkowy element przez którego zaciski płynie zadany prąd iz(t) niezależnie od wartości napięcia panującego na jego zaciskach. Symbole: oznaczenia DC: OE1 2015
Źródła prądowe (idealne): charakterystyki OE1 2015
Rzeczywiste źródło prądu (model praktyczny) w stanie jałowym: OE1 2015
Rzeczywiste źródło prądu (stan zwarcia) w stanie zwarcia: OE1 2015
Rzeczywiste źródło prądu (obciążenie) OE1 2015
Charakterystyka u-i źródła prądowego Stan zwarcia Stan jałowy OE1 2015
Źródła zależne (sterowane) Źródło napięcia sterowane prądem 2 1 Prąd sterujący 2' 1' Model czwórnikowy Przypadek liniowy OE1 2015
Źródła zależne (sterowane) Źródło napięcia sterowane napięciem 1 2 napięcie sterujące 2' 1' Model czwórnikowy Przypadek liniowy OE1 2015
Źródła zależne (sterowane) Źródło prądu sterowane prądem 2 1 Prąd sterujący 2' 1' Model czwórnikowy Przypadek liniowy OE1 2015
Źródła zależne (sterowane) Źródło prądu sterowane napięciem 2 1 napięcie sterujące 2' 1' Model czwórnikowy Przypadek liniowy OE1 2015
Wzmacniacz operacyjny OE1 2015
Wzmacniacz operacyjny OE1 2015
OE1 2015
OE1 2015
Przykład 1 OE1 2015
Zasada superpozycji Odpowiedź układu liniowego na sumę wymuszeń działających jednocześnie jest równa algebraicznej sumie odpowiedzi układu na poszczególne wymuszenia działające osobno. Zasada ta stanowi, że odpowiedź obwodu liniowego (tzn. prąd, napięcie) na wszystkie niezależne źródła działające jednocześnie w obwodzie, jest równa sumie odpowiedzi na poszczególne źródła działające osobno (tzn. przy przyrównaniu pozostałych do zera). OE1 2015 69
Usunięcie źródła prądowego oznacza pozostawienie jego rezystancji wewnętrznej równej czyli rozwarciu jego zacisków: OE1 2015 70
Usunięcie źródła napięciowego oznacza pozostawienie jego rezystancji wewnętrznej równej 0 czyli zwarciu jego zacisków: OE1 2015 71
Przykład 1 (ogólny) OE1 2015 72
i = i’ + i” OE1 2015 73
OE1 2015 74
Stosując metodę superpozycji oblicz wartości prądów Przykład: Stosując metodę superpozycji oblicz wartości prądów i napięć zaznaczone na rysunku. OE1 2015 75
Rozwiązanie Obwód z działającym źródłem prądowym
Rozwiązanie Obwód z działającym źródłem napięciowym
+ = 78
Rozwiązanie na podstawie wzoru 79
Obliczanie prostych obwodów Połączenie szeregowe oporników liniowych Połączenie szeregowe elementów nieliniowych (charakterystyka wypadkowa) Połączenie równoległe oporników liniowych. Połączenie równoległe oporników nieliniowych (charakterystyka wypadkowa) Dzielnik prądu Dzielnik napięcia; układy z potencjometrem Układanie i rozwiązywanie równań napisanych na podstawie PPK i NPK OE1 2015
Połączenie szeregowe oporników liniowych OE1 2015
Połączenie szeregowe oporników nieliniowych Zadanie: znając charakterystyki napięciowo-prądowe obu oporników nieliniowych wyznaczyć wypadkową charakterystykę połączenia szeregowego tych elementów. OE1 2015
Charakterystyki u-i oporników 5 1 -4 3 -1 OE1 2015
Dodawanie napięć (punkt i=-1) 5 1 -5 -4 3 Dla i=-1 -1 OE1 2015
Dodawanie napięć (punkt i=1 oraz i=2) 5 2 1 3 -1 OE1 2015
Charakterystyka wypadkowa 5 2 1 3 -1 3 OE1 2015
Podsumowanie Aby wyznaczyć wypadkową charakterystykę elementów nieliniowych połączonych szeregowo należy dla wszystkich (lub wybranych z określoną dokładnością) wartości prądu dodać wartości napięć elementów składowych. W przypadku układów odcinkowo-liniowych operację wystarczy przeprowadzić jedynie dla wszystkich punktów załamania charakterystyk (+dodatkowo dla dwóch punktów wybranych z segmentów zewnętrznych) OE1 2015
Połączenie równoległe oporników liniowych OE1 2015
Połączenie równoległe oporników nieliniowych Zadanie: znając charakterystyki napięciowo-prądowe obu oporników nieliniowych wyznaczyć wypadkową charakterystykę połączenia równoległego tych elementów. OE1 2015
Połączenie równoległe oporników nieliniowych: OE1 2015
Podsumowanie Aby wyznaczyć wypadkową charakterystykę elementów nieliniowych połączonych równolegle należy dla wszystkich (lub wybranych z określoną dokładnością) wartości napięcia dodać wartości prądów elementów składowych. W przypadku układów odcinkowo-liniowych operację wystarczy przeprowadzić jedynie dla wszystkich punktów załamania charakterystyk (+dodatkowo dla dwóch punktów wybranych z segmentów zewnętrznych) OE1 2015
Dzielnik prądu Wyznaczyć prądy połączonych równolegle oporników jeśli znamy ich wartości oraz prąd dopływający do połączenia: OE1 2015
Dzielnik napięcia OE1 2015
Potencjometr 1 2 3 R 1 2 3 R OE1 2015
1 2 3 R OE1 2015
OE1 2015
Rozwiązywanie układów rozgałęzionych: algorytm pisania równań PPK i NPK Liczba węzłów: n=5 Liczba gałęzi: b=8 Niewiadome: OE1 2015
Jak ułożyć komplet równań liniowo niezależnych ? Ustalamy zmienne obwodowe: prądy gałęziowe (elementów rezystancyjnych i źródeł napięciowych) oraz napięcia idealnych źródeł prądowych Piszemy równania PPK dla n-1 spośród n węzłów obwodu Piszemy równania NPK dla b-n+1 pętli obwodu: Piszemy równanie dla dowolnej (pierwszej) pętli Piszemy równania dla kolejnych (nowych) pętli w taki sposób aby nowa pętla zawierała co najmniej jedną zmienną dotychczas niewykorzystaną Powtarzamy ten etap tak aby liczba równań wynosiła maksymalnie b-n+1 UWAGA: można napisać b-n+1 równań liniowo niezależnych dla oczek (pętli nie zawierających żadnych gałęzi wewnętrznych) OE1 2015
n-1 (4) równań na podstawie PPK: 2 4 3 OE1 2015
Równania napięciowe, pierwsza pętla: 1 OE1 2015
Równania napięciowe, druga pętla: Nowe gałęzie: 3,5 2 OE1 2015
Równania napięciowe, pętla trzecia: Nowe gałęzie: 6,8 3 OE1 2015
Równania napięciowe, pętla czwarta i ostatnia: Nowa gałąź: 7 4 OE1 2015
Przykład prostego obwodu z rozwiązaniem Oblicz prądy gałęziowe w układzie z powyższego rysunku. Przyjmując, że opornik R2 jest jedynym odbiornikiem, wyznacz sprawność układu. (Potwierdź słuszność twierdzenia Tellegena.) OE1 2015
1 2 3 OE1 2015
+ + OE1 2015
Moc odbiornika (użyteczna) Moc wytworzona (w źródłach) Sprawność: OE1 2015
Układy równoważne (definicja) OE1 2015
Układy P i Q nazywamy równoważnymi, jeżeli ich opis matematyczny jest taki sam. Opis obwodu P Opis obwodu Q OE1 2015
Przykład 1 OE1 2015
Dzielnik prądu Wyznaczyć prądy połączonych równolegle oporników jeśli znamy ich wartości oraz prąd dopływający do połączenia: OE1 2015 111
Zamiana GWIAZDA-TRÓJKĄT 2 1 3 R12 R31 R23 j1 R1 R2 R3 1 2 3 j2 i1 i2 u2 u1 V1 V2
R1 R2 R3 1 2 3 u1 u2 i1 i2 i1+i2 Są to równania (*)
2 1 3 R12 R31 R23 V1 V2 j1 j2 Są to równania (**)
Z definicji równoważności układów wynika równość odpowiednich współczynników w równaniach (*) i (**). Z porównań wynikają następujące wzory >>
Gdy R12=R23=R34 =RΔ RY =1/3RΔ
Gdy R1=R2=R3 =RY RΔ =3RY
Równania dla Tworzymy sumę iloczynów: I dzielimy stronami przez równania
i4 Przykład: Dane: A uAC u C B Celem jest obliczenie prądu w jednej z gałęzi trójkąta, np. prądu i4 Aby obliczyć ten prąd musimy znaleźć uAC Po zamianie Δ Y nie możemy zgubić punktów AC
A R46 u C R65 B R54 R1 R2 R3 i1 i2 i3 R4 R5 R6 Obwód ma teraz postać: uAC
u i1 i2 i3
Twierdzenie Tellegena OE1 2015 124
OE1 2015 125
STOSUJEMY DO KAŻDEGO SKŁADNIKA SUMY POGRUPUJEMY SKŁADNIKI ZAWIERAJĄCE K-TE POTENCJAŁY OE1 2015 126
PONIEWAŻ WSZYSTKIE PRĄDY WYSTĘPUJĄCE Liczba gałęzi w k-tym węźle PONIEWAŻ WSZYSTKIE PRĄDY WYSTĘPUJĄCE W SUMIE DLA K-TEGO WĘZŁA WYPŁYWAJĄ Z NIEGO, NA PODSTAWIE PPK: CZYLI: OE1 2015 127
SUMA MOCY CHWILOWYCH WSZYSTKICH GAŁĘZI OBWODU JEST RÓWNA ZERU. WNIOSEK 1 SUMA MOCY CHWILOWYCH WSZYSTKICH GAŁĘZI OBWODU JEST RÓWNA ZERU. WNIOSEK 2 NAPIĘCIA uk ORAZ PRĄDY ik NIE MUSZĄ DOTYCZYĆ TEGO SAMEGO OBWODU, A JEDYNIE OBWODÓW O TEJ SAMEJ TOPOLOGII, tzn. POSIADAJĄCYCH TEN SAM GRAF. OE1 2015 128
Ilustracja twierdzenia Tellegena WNIOSEK 1 1 2 3 1 2 3 1 2 3 OE1 2015 129
Ilustracja twierdzenia Tellegena WNIOSEK 2 1 2 3 1 2 3 1 2 3 OE1 2015 130
Przykład prostego obwodu z rozwiązaniem (cd) Potwierdź słuszność twierdzenia Tellegena dla wcześniej uzyskanego rozwiązania, OE1 2015
Weryfikacja Twierdzenia Tellegena OE1 2015
Jeżeli w dowolnej pętli obwodu, równolegle do każdej gałęzi, włączymy między kolejne węzły źródła prądu o jednakowym zwrocie względem obiegu pętli i jednakowych wartościach to rozkład napięć w układzie nie ulegnie zmianie. OE1 2015
Włączanie i przenoszenie źródeł Twierdzenie o włączaniu dodatkowych źródeł
Jeżeli we wszystkich gałęziach zbiegających się w dowolnym węźle umieścimy źródła napięcia o tym samym napięciu źródłowym i takiej orientacji względem węzła to rozpływ prądów w układzie nie ulegnie zmianie. NPK nie ulega zmianie!!! OE1 2015
Przenoszenie źródeł (1) OE1 2015
Przenoszenie źródeł (2) OE1 2015
OE1 2015
Zastępownie gałęzi źródłem napięcia lub prądu
Obwód z wyodrębnioną k-tą gałęzią OE1 2015 140
źródeł napięcia (przeciwsobnych) w gałęzi k Dołączenie dwóch źródeł napięcia (przeciwsobnych) w gałęzi k OE1 2015 141
Jeśli e = uk uAC = 0 Gałąź obwodu, na której występuje napięcie uk można zastąpić idealnym źródłem napięcia o napięciu źródłowym e = uk OE1 2015 142
Dla wyodrębnionej gałęzi z prądem ik: OE1 2015 143
Gałąź obwodu, wiodącą prąd ik można zastąpić idealnym źródłem prądu Jeśli j = ik ik-j+j j Gałąź obwodu, wiodącą prąd ik można zastąpić idealnym źródłem prądu j = ik OE1 2015 144
Twierdzenie o kompensacji
Twierdzenie o komensacji Umożliwia określenie związku pomiędzy zmianą odpowiedzi obwodu liniowego a zmianą jego parametrów
Rozpatrujemy obwód liniowy: OE1 2015
OE1 2015
Po zastosowaniu twierdzenia o zastępowaniu gałęzi źródłem napięciowym: OE1 2015
Z SUPERPOZYCJI OE1 2015
PONIEWAŻ OE1 2015
Obwód z ostatniego rysunku, w którym wymuszeniem jest źródło napięciowe i∆R, pozwala wyznaczyć zmianę odpowiedzi spowodowaną zmianą rezystancji R. Jeżeli w gałęzi obwodu o rezystancji R płynie prąd i, to zmianę tego prądu ∆i spowodowaną zmianą rezystancji R o ∆R można wyznaczyć z obwodu, w którym jedynym wymuszeniem jest źródło i∆R.
Tw.o kompensacji
Twierdzenie Thevenina-Nortona
L M OE1 2015
OE1 2015
Wyznaczanie parametrów iZ, GZ Niech u=0, wówczas i=-iZ OE1 2015
Rozpatrując stan obwodu, w którym działa jedynie źródło u, (tzn. ek=0 dla k=1...L, oraz jk=0 dla k=1...M) OE1 2015
OE1 2015
L M OE1 2015
OE1 2015
Wyznaczanie parametrów uZ, RZ Niech i=0, wówczas u=uZ OE1 2015
Rozpatrując stan obwodu, w którym działa jedynie źródło i, (tzn. ek=0 dla k=1...L, oraz jk=0 dla k=1...M) OE1 2015
Pomiarowe wyznaczanie parametrów źródeł zastępczych Jeśli można pomierzyć napięcie uAB na zaciskach A-B oraz prąd zwarcia iZ=iAB płynący między zwartymi zaciskami A-B badanego układu to: OE1 2015
OE1 2015
Podsumowanie : zastępczy dwójnik Nortona Kady liniowy dwójnik aktywny można przedstawić względem wybranej pary zacisków A-B w postaci zastępczego równoległego połączenia idealnego źródła prądu iZ i opornika RZ (GZ). Prąd zastępczego źródła jest równy prądowi jaki popłynie między zwartymi zaciskami A-B rozpatrywanego obwodu Rezystancja Rz (konduktancja GZ) jest równa rezystancji (konduktancji) rozpatrywanego obwodu widzianej względem wybranej pary zacisków A,B po przyrównaniu do zera wszystkich wymuszeń (zwarciu źródeł napięciowych, rozwarciu źródeł prądowych) OE1 2015
Podsumowanie : zastępczy dwójnik Thevenina Każdy liniowy dwójnik aktywny można przedstawić względem wybranej pary zacisków A-B w postaci zastępczego szeregowego połączenia idealnego źródła napięcia uZ i opornika RZ (GZ). Napięcie zastępczego źródła jest równe napięciu uAB jakie panuje między rozwartymi zaciskami A-B rozpatrywanego obwodu Rezystancja Rz (konduktancja GZ) jest równa rezystancji (konduktancji) rozpatrywanego obwodu widzianej względem wybranej pary zacisków A,B po przyrównaniu do zera wszystkich wymuszeń (zwarciu źródeł napięciowych, rozwarciu źródeł prądowych) OE1 2015
Metoda potencjałów węzłowych
Przykład 1 v1 v3 v2 OE1 2015
Równania prądowe v1 v3 v2 OE1 2015
Zależności gałęziowe v1 v3 v2 OE1 2015
Wstawienie zależności gałęziowych do równań prądowych równanie 1 OE1 2015
Wstawienie zależności gałęziowych do równań prądowych równanie 2 OE1 2015
Wstawienie zależności gałęziowych do równań prądowych równanie 3 OE1 2015
Końcowy układ równań v1 v3 v2 OE1 2015
Przykład 2 v2 v1 v3 OE1 2015
Przykład 2 Równania OE1 2015
Przykład 2 równania końcowe spr. v3 v2 v1 OE1 2015
Przykład 2 Równania uproszczone OE1 2015
Przykład 3 v2 v1 v3 OE1 2015
Przykład 3 Równania OE1 2015
Przykład 3 Równania pododaniu 1 i 3 + OE1 2015
Opis algorytmu Wybieramy (dowolnie) jeden z a węzłów jako węzeł odniesienia NIEWIADOME: Potencjały (a-1) węzłów niezależnych oraz prądy wszystkich idealnych źródeł napięciowych. Układamy dla (a-1) węzłów (oprócz węzła odniesienia!) równania na podstawie PPK. Prądy w gałęziach zawierających oporniki oraz napięcia sterujące i prądy sterujące (z gałęzi konduktancyjnych) uzależniamy od napięć węzłowych. Wstawiamy je do równań PPK z p.2 Komplet równań uzupełniamy poprzez uzależnienie od napięć węzłowych napięć źródeł niezależnych i sterowanych napięciowych OE1 2015
OE1 2015
OE1 2015
Przykład 4 u3 1 2 3 4 5 OE1 2015
Zasada wzajemności
OE1 2015
TWIERDZENIE O WZAJEMNOŚCI OCZKOWE OE1 2015
Twierdzenie o wzajemności węzłowe OE1 2015
Twierdzenie o wzajemności hybrydowe OE1 2015
OE1 2015
Dowód DLA KAŻDEJ k-tej GAŁĘZI ZACHODZI: Czyli: Skąd: OE1 2015
Uzasadnienie twierdzenia o wzajemności oczkowego OE1 2015
Uzasadnienie twierdzenia o wzajemności węzłowego OE1 2015
Twierdzenie o wzajemności hybrydowe - dowód OE1 2015