Теоријаелектричнихколаtek.etf.bg.ac.rs/teorijaekola06_laplace.pdf ·...

Post on 25-Feb-2020

6 Views

Category:

Documents

0 Downloads

Preview:

Click to see full reader

TRANSCRIPT

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Теорија електричних кола

Дејан Тошић

∫∞

=0

de)()( ttusU ts

∫∞+

∞−π

=j

j

de)(2j

1)(

c

c

ts ssUtu

Користите само

материјале које вам

достави и

препоручи

предметни

наставник у текућој

школској години.

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Лапласова трансформација

као алат за одређивање одзива

временски непроменљивих

линеарних електричних кола

∫∞

=0

de)()( ttusU ts

Wilbur R. LePage, Complex Variables and the Laplace Transform for Engineers, McGraw-Hill, 1961.

Murray R. Spiegel, Theory and Problems of Laplace Transforms, McGraw-Hill, 1965.

Lokenath Debnath, Dambaru Bhatta, Integral Transforms and Their Applicaions, CRC Press Taylor & Francis, 2015.

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Циљ, покретач (мотив), замисао (идеја)

• Одредити одзив на почетну енергију ипобуду – одредити потпун одзив.

• Решавање диференцијалних једначиназаменити решавањем алгебарских.

• Пронаћи једнозначно и линеарнопреобликовање (трансформацију) којеизвод пресликава у множење константом.

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Примена

• Теорија интегро-диференцијалних једначина• Теорија линеарних оператора.• Решавање практичних проблема у физици итехници (инжењерству).

• Решавање обичних диференцијалнихједначина, парцијалних диференцијалнихједначина, интегралних једначина .

• Решавање система алгебарско-диференцијалних једначина.

Initial value problems

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Операторски метод

Проблем:одређивање одзива

електричног кола

Систем једначина

(математички модел) проблема

Решење

једначина

Резултат

(одзив)

Трансформисане

једначине

Решење

трансформисаних

једначина

Трансформација Инверзна трансформација

Peter Henrici, Applied and computational complex analysis, vol. 2, Special Functions – Integral Transforms – Asymptotics – Continued Fractions, John Wiley & Sons, 1977.

L. Berg,, Introduction to the Operational Calculus. North-Holland, Amsterdam, 1967.

J. G. Mikusinski, Rachunek Operatorow, Warsaw, 1953. English edition: Operational Calculus. Pergamon Press, London 1959.

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Лапласова трансформација

∫∞

=0

de)()( ttusU ts

)()()( ttwtu ϑ=

))((LT)(

))(LT()(1 sUtu

tusU−=

=

w(t) је елементарна функцијакао што су полиноми, експоненцијална функција, синусна функција, иликосинусна функције.

∫∞+

∞−π

=j

j

de)(2j

1)(

c

c

ts ssUtu

c је најмања вредност за којутрансформација постоји.

)R,(,j ∈ωσω+σ=s

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Лапласов трансформат, оригинал

• Функција времена u(t) је тренутна вредност (оригинал, напон/струја).

• Комплексна функција U(s) је Лапласов трансформат(слика, комплексан напон/струја, комплексанпредставник, трансформат).

• LT(u(t)) је директна Лапласова трансформација.• LT-1(U(s)) је инверзна Лапласова трансформација.• s је Лапласова променљива (комплексна фреквенција).• u(t) и U(s) су Лапласов трансформациони пар.• Трансформација коју смо дефинисали јеунилатерална Лапласова трансформација.

Дефинише се и билатерална Лапласова трансформација али је од мањег интереса

за Теорију електричних кола зато што не узима у обзир природне почетне услове.

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Кључна cвојства Лапласове транс.

• Једнозначност. Ако су два оригинала једнака, једнаке су и њихове слике, и обрнуто.

• Линеарност. Трансформација збира сепресликава у збир трансформација и константасе може изнети пред оператор трансформације.

• Претварање извода. Извод у времену сепресликава у множење константом.

• Доња граница је нула-минус да би сеобухватили дисконтинуитети оригинала у нули.

Диракови делта-импулси су примеридисконтинуитета оригинала u(t).

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Кључна својства LT

)()()()( 2121 sUsUtutu =⇔=

)()())()(LT( 2121 sUbsUatubtua +=+

)0()()d

)(dLT( −−= usUs

t

tu

))(LT()(

))(LT()(

))(LT()(

22

11

tusU

tusU

tusU

==

=

const, =ba

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Постојање (егзистенција) LTНесвојствени интеграл постоји ако је реална функција реалног аргумента, u(t), део по део глатка функција у области интеграције и ако је ctKtu e)( ≤Лапласов интеграл конвергира у комплексној полуравни Re(s) > cкоја се назива област конвергенције (ROC, region of convergence).

Лапласов трансформат је аналитичка функција са својствима:

0)(lim)Re(

=∞→

sUs

потребан услов да U(s) буде трансформат

ksUs

ss

=∞→

→)(lim

)(0

ако оригинал u(t) има коначну границу ktu

tt

=→

∞→)(lim

)0(

R

0

∈>

c

K

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

t-домен, s-домен

• t-домен је област дефинисаности оригиналаu(t) (тренутне вредности), t > 0.

• s-домен је област дефинисаности слике U(s)(Лапласовог трансформата).

• Тумачењем Лапласове променљиве, s, каокомплексне фреквенције, каже се даЛапласовом трансформацијом функцију u(t) извременског домена пресликавамо у домен

комплексне фреквенције, у функцију U(s).

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Основни парови LT

Елементарне функције времена у табели треба помножити са Хевисајдовом функцијом υ(t).

Савремена Лапласова трансформација користи резултате теорије генералисаних функција и дистрибуција:L. Schwartz, Mathematics for the physical sciences, Addison-Wesley, 1966. И. М. Гельфанд, Г.Е. Шилов, Обобщенные функции, Выпуск 1, 2, 3, Государственное издательство физико-математической литературы, Москва, СССР, 1959. (постоји превод на енглески)L. Schwartz, Méthodes mathématiques pour les sciences physiques, Hermann, Paris, France, 1961

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Изабрани парови LT (1)

Елементарне функције времена у табели, осим сабирака који садрже Дираковуделта-функцију, треба помножити са Хевисајдовом одскочном функцијом υ(t).

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Изабрани парови LT (2)

Елементарне функције времена у табели, осим сабирака који садрже Дираковуделта-функцију, треба помножити са Хевисајдовом одскочном функцијом υ(t).

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Лапласова трансформација

функција задатих по интервалима

Трансформате одређујемо

израчунавањем дефиниционог

интеграла и/или применомсвојстава унилатералне

Лапласове трансформације.

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Инверзна Лапласова

трансформација

• Радићемо само са функцијама времена чији суЛапласови трансформати рационалне функције по s.

• Инверзну Лапласову трансформацију ћемо тражитирастављањем рационалне функције на делимичне(парцијалне) разломке.

• Користићемо својства и таблицу парова унилатералнеЛапласове трансформације.

• Трансформат ћемо раставити на збир штоједноставнијих сабирака чије инверзне трансформацијепостоје у табелама парова.

• Нећемо користити Бромвичов(Bromwich) интеграл.

∫∞+

∞−

π==

j

j

1 d)(ej2

1))((LT)(

c

c

ts ssUsUtu

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Почетни тренутак у LT

• Почетни тренутак електричног кола, које решавамоЛапласовом трансформацијом, је нула.

• Природне почетне услове (почетне напонекондензатора и почетне струје калемова) електричногкола, које решавамо Лапласовом трансформацијом, задајемо у тренутку нула-минус.

• Ако је потребно анализирати коло са почетнимтренутком t0 > 0, онда се може увести смена t = τ + t0, и нова променљива времена τ, којом се транслиравременска оса тако да нови почетни тренутак колабуде τ0 = 0. Одређује се одзив по τ, па се у њему уведесмена τ = t – t0.

• Сматрамо да су побуде каузалне, једнаке нули за t < 0.

00 =t

−0t

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Одређивање одзива

• Обележе се чворови, приступи, напони и струјеприступа: усвоје се упоредни смерови и постави сесистем једначина кола.

• Почетни тренутак је нула, а природни почетни условисе задају у тренутку нула-минус.

• Трансформација (директна унилатерална Лапласоватрансформација) се примени на леву и десну странусваке једначине.

• Одреди се комплексан одзив, Лапласов трансформат.• Одреди се одзив (тренутна вредност) из комплексногодзива инверзном унилатералном Лапласовомтрансформацијом.

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Пример решавања кола LT

L C

����

����

p1 p2

0I 0U

00 =t021 =+ ii

021 =− uu

t

iLu

d

d 11 =

t

uCi

d

d 22 =

001 )( Iti =−

002 )( Utu =−

Коло решавамо за t > 0 са почетним условима у тренутку нула-минус.

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Примена једнозначности LT

021 =+ ii

021 =−uu

t

iLu

d

d 11 =

t

uCi

d

d 22 =

0)LT( 21 =+ ii

0)LT( 21 =−uu

)d

dLT()LT( 1

1 t

iLu =

)d

dLT()LT( 2

2 t

uCi =

LT

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Примена линеарности LT

0)LT( 21 =+ ii

0)LT( 21 =−uu

)d

dLT()LT( 1

1 t

iLu =

)d

dLT()LT( 2

2 t

uCi =

0)LT()LT( 21 =+ ii

0)LT()LT( 21 =− uu

)d

dLT()LT( 1

1 t

iLu =

)d

dLT()LT( 2

2 t

uCi =

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Примена својства извода LT

0)()( 21 =+ sIsI

0)()( 21 =− sUsU

))(()( 011 IsIsLsU −=

))(()( 022 UsUsCsI −=

0)LT()LT( 21 =+ ii

0)LT()LT( 21 =− uu

)d

dLT()LT( 1

1 t

iLu =

)d

dLT()LT( 2

2 t

uCi =

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Комплексан одзив LT

Ово електрично коло је основни модел идеалног резонатора, без губитака, у коме се почетном енергијом побуђују простопериодичне осцилације.

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Одзив: струја калема

))((LT)( 11

1 sIti −=

L C

����

����

p1 p2

0I 0U

t > 0

Ред кола је једнак броју динамичких елемената па је одзив на почетну енергију

непрекидан у почетном тренутку. Сходно томе, можемо за домен одзива писати t ≥ 0.

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Појединости одређивања одзива

)1

)((LT))((LT)(

2001

11

1+

+== −−

sCL

UIsLCsIti

)1

(LT)1

(LT)11

(LT)(2

012

012

02

011

++

+=

++

+= −−−

sCL

CU

sCL

IsCL

sCL

CU

sCL

IsCLti

)1

1

(LT)1

(LT)(2

2

102

2

101

+

+

+

= −−

CLs

CLL

CU

CLs

sIti

)1

sin()1

cos()( 001 tCLL

CUt

CLIti += 0≥t

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Колики је напон кондензатора?

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Комплексне једначине елемената

• Отпорник: U(s) = R I(s)• Кондензатор: I(s) = C (s U(s) – U0)• Калем: U(s) = L (s I(s) – I0)• Операциони појачавач: U1(s) = 0, I1(s) = 0• VCVS: U2(s) = a U1(s), I1(s) = 0• VCCS: I2(s) = g U1(s), I1(s) = 0• CCVS: U2(s) = r I1(s), U1(s) = 0• CCCS: I2(s) = a I1(s), U1(s) = 0• Идеалан трансформатор: U1(s) = m U2(s), I1(s) = –I2(s)/m • Линеаран индуктиван трансформатор: U1(s) = L1 (s I1 (s) – I01) + L12 (s I2 (s) – I02),

U2(s) = L21 (s I1 (s) – I01) + L2 (s I2 (s) – I02)• Комплексне једначине резистивног елемента се добијају тако што се у

дефиниционим једначинама елемента симболи напона и струја замене симболимакомплексних напона и струја.

• Комплексне једначине по Кирхофовим законима се добијају из једначинаКирхофових закона написаних у временском домену, тако што се симболи напонаи струја замене симболима комплексних напона и струја.

Комплексне побуде су Лапласови трансформати побуда, односно трансформатифункција времена које дефинишу напоне напонских и струје струјних извора.

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Теореме и поступци важе

• Тевененова теорема, Нортон-Мајероватеорема, Принцип суперпозиције, Својстваодзива (линеарност) и друге теореме остају уважности и у области унилатералне Лапласоветрансформације.

• Поступци одређивања улазне функције суслични поступку одређивања улазнеотпорности.

• Решавање електричног кола уопштенимпоступком напона чворова (Modified Nodal Analysis, MNA)остаје у важности.

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Област дефинисаности одзива на

почетне услове (zero-input response)

• Одзив на почетне услове није познат за t < 0, непознајемо предисторију кола, не знамо како су насталипочетни услови.

• Ако је ред кола једнак броју динамичких елемената, онда је одзив на почетне услове непрекидан упочетном тренутку и дефинисан је за t ≥ 0(конзистентни почетни услови, регуларна комутација).у противном, може бити прекидан у t = 0 (инконзистентни почетни услови, нерегуларнакомутација).

• Одзив на почетне услове не садржи генералисанефункције Диракову делта-функцију и Хевисајдовутета-функцију.

Лапласовом трансформацијом коло решавамо за t > 0 са почетним условима у тренутку нула-минус.

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Област дефинисаности одзива на

побуду (zero-state response)• Одзив на побуду јесте познат у сваком тренуткувремена –∞ < t < ∞.

• Одзив на побуду јесте једнак нули за t < 0 зато штопосматрамо каузална ел. кола са каузалним побудама, чији одзив не може да почне пре појаве побуде.

• Сваки сабирак одзива на побуду садржигенералисану функцију као множилац: Дираковуделта-функцију δ(t) или Хевисајдову тета-функцијуυ(t).

• Одзив на побуду је дефинисан у сваком тренуткувремена, –∞ < t < ∞, и може бити прекидан у почетномтренутку кола или неким другим тренуцима времена.

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Област дефинисаности потпуног

одзива

• Потпун одзив није познат за t < 0, у општем случају, не познајемо предисторију кола, не знамо како сунастали почетни услови.

• Ако је ред кола једнак броју динамичких елемената, онда је одзив на почетне услове непрекидан упочетном тренутку (конзистентни почетни услови, регуларна комутација) и потпун одзив је дефинисан заt ≥ 0.У противном, потпун одзив може бити прекиданза t = 0 (инконзистентни почетни услови, нерегуларнакомутација).

• Потпун одзив садржи генералисане функцијеДиракову делта-функцију и Хевисајдову тета-функцијусамо у сабирцима који чине одзив на побуду.

Лапласовом трансформацијом коло решавамо за t > 0 са почетним условима у тренутку нула-минус.

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Обавезно наведите област

дефинисаности одзива

• Без обзира на поступак који користите за одређивањеодзива електричног кола (решавање диференцијалнеједначине, конволуциони интеграл, унилатералнаЛапласова трансформација, примена својствалинеарности), наведите обавезно областдефинисаности (домен) одзива по времену.

• Одзив на побуду је увек дефинисан за сваки реалантренутак времена.

• Одзив на почетну енергију није познат за t < 0.• Испитајте да ли је ред кола једнак броју динамичкихелемената за прецизирање непрекидности одзива напочетну енергију и потпуног одзива.

Лапласовом трансформацијом коло решавамо за t > 0 са почетним условима у тренутку нула-минус.

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Корист и добит у примени

• Не решава се систем алгебарско-диференцијалних једначина већсистем алгебарских једначина.

• Довољни су природни почетни услови и нема прерачунавањапочетних услова у нула-плус и одређивања изведених почетнихуслова.

• Неконзистентност почетних услова (нерегуларна комутација) сеузима у обзир аутоматски.

• Подесно за одређивање импулсног одзива, на пример, кодпримене конволуционог интеграла.

• Подесно за одређивање одскочног одзива.• Подесно за одређивање одзива на почетну енергију (одзива напочетне услове, одзива на акумулисану енергију, одзива насакупљену енергију, одзива на нагомилану енергију).

• Добија се потпун одзив (комплетан одзив).

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Тешкоће и препреке у примени

• Непостојање трансформата побуде.

• Непостојање инверзне трансформације.

• Сложеност налажења инверзне. трансформације

• Смањена делотворност и учинковитост услучају побуда ограниченог трајања и побуда

које су дефинисане са више аналитичких

израза по интервалима времена.

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Важна својства

Лапласове трансформације

)()()d)()(LT(

0

sGsUtgut

=ττ−τ∫

TssUTtu −=− e)())(LT(

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Крајње вредности

))((lim)0( sUsus ∞→

+ =

))((lim)(0

sUsus→

=∞

Користити ово својство када је познат трансформат, траже се крајње вредности, а не тражи се одзив или његов график у времену.

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Померај аргумента (транслација)

TssUTtu −=− e)())(LT(

attuasU −− =+ e)())((LT 1

Користити ово својство за делотворније и учинковитије налажење директне или

инверзне унилатералне Лапласове трансформације, на пример, када су побудеописане са више аналитичких израза по интервалима времена. Такође, ово својство семоже користити у анализи електричних кола са идеалним водовима.

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Конволуција

)()()d)()(LT(

0

sGsUtgut

=ττ−τ∫

Лапласова трансформација пресликава

конволуцију функција времена у

производ Лапласових трансформата.

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Сличност (скалирање)

)(1

))(LT(a

sU

aatu =

)(1

))((LT 1

a

tu

asaU =−

0

R

>∈

a

a

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Диференцирање у t-домену

)0()())(LT( −−=′ usUstu

)0()0()())(LT( 2 −− ′−−=′′ ususUstu

)0()0(

)0()0()())(LT()1()2(

21)(

−−−−

−−−−

−−

−′−−=nn

nnnn

usu

sususUstu L

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Диференцирање у s-домену

s

sUtut

d

)(d)1())(LT( −=

n

nnn

s

sUtut

d

)(d)1())(LT( −=

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Уопштена комплексна

функција

временски непроменљивоглинеарног електричног кола

без почетне енергијеса једним извором

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Уопштена комплексна функција

електричног кола• Посматрајмо линеарно временски непроменљиво електрично колобез почетне енергије у коме делује само један извор (једаннезависан генератор).

• Сви природни почетни услови у тренутку нула-минус су једнакинули.

• Уопштена комплексна функција електричног кола (функцијаелектричне мреже у Лапласовој трансформацији, функцијасистема) је однос трансформата одзива и трансформата побуде.

• Ако су побуда и одзив на истом приступу, комплексна функција сеназива улазна комплексна функција (улазна имитанса).

• Ако су побуда и одзив на различитим приступима, комплекснафункција се назива преносна комплексна функција (трансферфункција, функција преноса у Лапласовој трансформцији).

• У анализи комплексних функција ел. кола Лапласова променљива, комплексна учестаност, s се посматра у целој комплексној равни.

Када посматрамо уопштену комплексну функцију кола у целој комплексној равни, и ван областиконвергенције унилатералне Лапласове трансформације, кажемо да смо урадили аналитичко проширење.

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Импеданса, адмитанса, трансмитанса, појачање, слабљење• Улазна импеданса.• Улазна адмитанса.• Преносна импеданса (трансимпеданса).• Преносна адмитанса (трансадмитанса).• Трансмитанса напона (напонско појачање, voltage gain,

voltage amplification).• Трансмитанса струје (струјно појачање, current gain,

current amplification).• Функција слабљења (attenuation).• У литератури се дефинише и уопштена комплекснафункција електричног кола као количник двапроизвољна трансформата одзива.Потпуни назив би био са фразом у области унилатералне Лапласове трансформације,на пример, Улазна импеданса у области унилатералне Лапласове трансформације.

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Примена уопштене комплексне

функције електричног кола

• Пројектовање електричних филтара.• Синтеза електричних мрежа: одређивањеелектричне мреже или кола за задате уопштенекомплексне функције.

• Анализа осетљивости електричних кола: испитивање промена комплексне функције, фреквенцијских карактеристика, и одзива, сапроменама параметара електричног кола.

• Анализа стабилности електричних кола.

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Импулсни и одскочни одзив

))((LT)( 1 sHtg −=

))(1

(LT)( 1 sHs

tf −=

Импулсни одзив (Гринова функција) је инверзна Лапласоватрансформација одговарајуће трансфер функције*.

Одскочни одзив (индициона функција) је инверзна Лапласоватрансформација одговарајуће трансфер функције* подељене са s.

Импулсни

одзив се често

обележава са

h(t).

Unit-impulse response

Unit-step response

*Прецизније, уопштене комплексне функције електричног кола у области Лапласове трансформације.

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Ред електричног кола и LT

• Ред електричног кола је број диференцијалнихједначина у систему једначина стања. Подразумева се да су једначине стањанаписане у Кошијевој нормалној форми.

• То је истовремено и ред диференцијалнеједначине одзива.

• Ред електричног кола је ред уопштенекомплексне функције електричног кола уобласти унилатералне Лапласоветрансформације.

Ред рационалне функције по Лапласовој променљивој s је степен именитеља.

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Који је ред кола са слике?Проверити да ли се добија исправан

резултат ако се посматра неки други одзив, осим напона напонског извора када је H = 1.

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Одзив на побудуm : 1

ug

C

L u

i

)()1

sin()( mg ttCL

Utu ϑ=

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Који је ред овог кола?

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Испитајте ред овог ел. кола LT

На пример, одредите Лапласов трансформат струјенапонског извора (комплексну струју извора) ииспитајте његов ред. На колико начина можете да решите овај задатак?

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Питања (1)

• Шта је Лапласова трансформација и зашто се онакористи?

• Који је мотив увођења Лапласове трансформације?• Која су кључна својства Лапласове трансформације?• Које основне парове Лапласове трансформације знате?• Како се одређује инверзна Лапласова трансформацијарационалне функције?

• Који почетни тренутак кола подразумева Лапласоватрансформација?

• У ком тренутку времена задајемо природне почетнеуслове када коло решавамо Лапласовомтрансформацијом?

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Питања (2)

• Који је поступак одређивања одзива Лапласовомтрансформацијом?

• Како гласи својство крајње вредности?• Шта је својство помераја аргумента?• У шта се пресликава конволуција Лапласовомтрансформацијом?

• Шта је уопштена комплексна функција електричногкола у области Лапласове трансформације?

• Како гласи веза импулсног одзива (Гринове функције) и трансфер функције?

• Како гласи веза одскочног одзива (индиционефункције) и трансфер функције?

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Питања (3)

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Питања (4)

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Питања (5)

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Питања (6)

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Питања (7)

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Питања (8)

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Питања (9)

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Питања (10)

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Задаци (1)

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Задаци (2)

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Задаци (3)

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Задаци (4)

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Задаци (5)

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Задаци (6)

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Задаци (7)

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Задаци (8)

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Задаци (9)

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Задаци (10)

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Задаци (11)

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Задаци (12)

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Задаци (13)

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Задаци (14)

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Задаци (15)

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Задаци (16)

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Задаци (17)

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Задаци (18)

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Задаци (19)

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Задаци (20)

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Задаци (21)

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Задаци (22)

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Задаци (23)

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Задаци (24)

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Задаци (25)

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Задаци (26)

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Задаци (27)

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Pierre-Simon Laplace 1749–1827

Математичар и астроном. Докторирао код Jean d'Alembert. Биоментор за докторат Siméon Denis Poisson. Предавао у ÉcoleMilitaire. Члан Académie des sciences. Титулу маркиза добија

после Рестаурације. Рођен у Beaumont-en-Auge, Француска.

1785 ради наТрансформацији “Je n'avais pas

besoin de cette hypothèse-là.”∫

∞−

=0

de)()( ttusU ts

∫∞+

∞−π

=j

j

de)(2j

1)(

c

c

ts ssUtu

Др Дејан В. Тошић, редовни професор, Теорија електричних кола, предавања, Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

Pierre Simon (Marquis de) Laplace 1749–1827http://www.tour-eiffel.fr/

SKalem.wxmx 1 / 2

Др Дејан В. Тошић, редовни професор Теорија електричних кола, предавања

Универзитет у Београду – Електротехнички факултет, 2019.

1 Једначине МНА

Испитати да ли је граф електричног кола повезан.Ако јесте, применити уопштен поступак напона чворова.

Написати једначине Кирхофовог закона за струје ( КЗС) за све чворове осим нултог ( упоредног) чвора.

Изразити струје приступа, ако је могуће, преко напона чворова.

Добијени систем једначина су комплексне једначине уопштеног поступка напона чворова, што још зовемо једначине модификоване нодалне анализе ( МНА), а на енглеском Modified Nodal Analysis (MNA).

(%i1) jednacineMNA: [ (V1 - V3)/R5 + IUg = 0, (V2 - V3)/R4 + (V2 - V5)/R3 = 0, (V3 - V1)/R5 + (V3 - V2)/R4 + IOpAmp2 = 0, (V4 - V5)*C2*s + V4/R1 = 0, (V5 - V4)*C2*s + (V5 - V2)/R3 + IOpAmp1 = 0, V1 - V2 = 0, V1 - V4 = 0, V1 = Ug];

(jednacineMNA) [V1−V3

R5+ IUg =0,

V2−V5

R3+

V2−V3

R4=0,

V3−V2

R4+

V3−V1

R5+ IOpAmp2=0,C2

( )V4−V5 s+V4

R1=0,C2 ( )V5−V4 s+

V5−V2

R3+ IOpAmp1=0,V1−V2=0,V1−V4=0,V1

=Ug]

2 Променљиве МНА

Комплексне променљиве једначина су напони чворова иструје приступа које се не могу изразити преко напона чворова, а то су струје операционих појачавача и струја напонског извора.

(%i2) promenljiveMNA: [ V1, V2, V3, V4, V5, IUg, IOpAmp1, IOpAmp2 ];

(promenljiveMNA) [V1,V2,V3,V4,V5, IUg , IOpAmp1, IOpAmp2]

SKalem.wxmx 2 / 2

3 Одзив

Решити електрично коло решавањем једначина МНА,одредити комплексан одзив електричног кола.

(%i3) odziv: linsolve(jednacineMNA, promenljiveMNA);

(odziv) [V1=Ug,V2=Ug,V3=−R4 Ug −C2 R1 R3 Ug s

C2 R1 R3 s,V4=Ug,V5=

C2 R1 Ug s+Ug

C2 R1 s

, IUg =−R4 Ug

C2 R1 R3 R5 s, IOpAmp1=−

C2 R3 Ug s+Ug

C2 R1 R3 s, IOpAmp2=

R5 Ug+R4 Ug

C2 R1 R3 R5 s]

4 Одредити улазну импедансу

Одредити улазну импедансу као количник комплексног напона извора ( генератора) и струје за стандардне смерове посматрано ка колу.

(%i4) I: -IUg;(I) −IUg

(%i5) Zin: Ug/I, odziv, ratsimp;

(Zin)C2 R1 R3 R5 s

R4

5 Одредити заменску индуктивност

На основу улазне импедансе закључујемо да се мрежа настала уклањањем извора понаша као калем индуктивности

(%i6) L: Zin/s;

(L)C2 R1 R3 R5

R4

Због тога је решавано коло названо синтетички калем.

Улазне струје операционих појачавача су једнаке нули. Нисмо уводили посебне симболе за њих, већ смо то уврстили у једначине модификоване нодалне анализе. Тако смо смањили број променљивих и број једначина, што неки ауториназивају сажети уопштен поступак напона чворова; енглески, Reduced MNA or Compacted MNA.

(%i7) timedate();(%o7) 2019−11−21 14:44:11+01:00

top related