background image

Zadania z Przedmiotu Technika Analogowa 

Analiza wskazowa - kolokwium

 

© C. Stefański 

 
 

7b_RozwiazanieKola2gr9i10_2006.doc 

1/8 

Zauważone błędy i usterki proszę zgłaszać autorowi na adres cestef@o2.pl 

 

Zadanie 1 (a, b, c dla grupy 9, d, e, f dla grupy 10) 
 

Znaleźć amplitudy zespolone następujących sygnałów: 

a)

  x(t)= -½cos(10

3

t

-2π/3)+cos(10

3

t

+π/3)+2sin(10

3

t

-π/6), 

b)

  x(t)= -½cos(10

3

t+π/3)+2cos(10

3

t

+π/3)+sin(10

3

t

-π/6), 

c)

  x

c

(t)= ½sin(10

3

t-π/6)+2cos(10

3

t

+π/6)+sin(10

3

t

-π/3), 

 

x

cc

(t)= ½sin(10

3

t-π/3)+2cos(10

3

t

+π/6)+sin(10

3

t

-π/3), 

d)

  x(t)= ½cos(10

3

t

-2π/3)+cos(10

3

t

+π/3)+2sin(10

3

t

-π/6), 

e)

  x(t)= ½cos(10

3

t+π/3)+2cos(10

3

t

+π/3)+sin(10

3

t

-π/6), 

f)

  x

f

(t)= -½sin(10

3

t-π/6)+2cos(10

3

t

+π/6)+sin(10

3

t

-π/3), 

 

x

ff

(t)= -½sin(10

3

t-π/3)+2cos(10

3

t

+π/6)+sin(10

3

t

-π/3). 

 

Odp. 

a) 2X=

(

)

1
2

1

3

j

=1|-2π/3= 1|-120

o

 , 

b) 2X=

(

)

1
2

1

3

j

=1|π/3=1|60

o

 , 

c) 2X

cc

=

(

)

1
2

3 + =1|π/6=1|30

o

 ,  X

c

≈0,619657|6,20602

 o

  , 

d) 

2
3

X

=

(

)

1
2

1

3

j

=1|-2π/3= 1|-120

o

 

 

e) 

2
3

X

=

(

)

1
2

1

3

j

=1|π/3=1|60

o

 , 

f) 

2
3

X

ff

=

(

)

1
2

3 + =1|π/6=1|30

o

 , X

f

≈1,45466|39,8961

 o

  

 
 

 
Rozwi
ązanie 
 

Z  rysunku  obok,  interpretującego 

zapis

  

s

(t)=

A

sin(

ω 

φ

sin

)

=

A

cos(

ω

 t

 + 

φ

cos

)

 łatwo odczytujemy, że 

ω 

φ

sin

=

ω

 t

 + 

φ

cos

+

π

2

 

skąd 

φ

φ

φ

φ

sin

-

 φ

 φ

 φ

 φ

cos

π

2

 

Zatem 

s

(t)=Acos(

ω

 t

 - 

2

π

+

φ

sin

). 

Równoważnie 

s

(t)=Asin(

ω

 t

 + 

2

π

+

φ

cos

). 

Zapisujemy: 

a)

  x(t)= -½cos(10

3

t

-2π/3)+cos(10

3

t

+π/3)+2sin(10

3

t

-π/6), 

b)

  x(t)= -½cos(10

3

t+π/3)+2cos(10

3

t

+π/3)+sin(10

3

t

-π/6), 

c)

  x

c

(t)= ½sin(10

3

t-π/6)+2cos(10

3

t

+π/6)+sin(10

3

t

-π/3), 

 

x

cc

(t)= ½sin(10

3

t-π/3)+2cos(10

3

t

+π/6)+sin(10

3

t

-π/3), 

d)

  x(t)= ½cos(10

3

t

-2π/3)+cos(10

3

t

+π/3)+2sin(10

3

t

-π/6), 

e)

  x(t)= ½cos(10

3

t+π/3)+2cos(10

3

t

+π/3)+sin(10

3

t

-π/6), 

f)

  x

f

(t)= -½sin(10

3

t-π/6)+2cos(10

3

t

+π/6)+sin(10

3

t

-π/3), 

 

x

ff

(t)= -½sin(10

3

t-π/3)+2cos(10

3

t

+π/6)+sin(10

3

t

-π/3). 

s

(t) 

ω t

cos

 

ω t

sin

 

background image

Zadania z Przedmiotu Technika Analogowa 

Analiza wskazowa - kolokwium

 

© C. Stefański 

 
 

7b_RozwiazanieKola2gr9i10_2006.doc 

2/8 

Zauważone błędy i usterki proszę zgłaszać autorowi na adres cestef@o2.pl 

 

Przechodzimy na amplitudy zespolone: 

a)   X=½|-2π/3-π+1|π/3+2|-π/6-π/2=

(

)

1
4

1

3

j

+

(

)

1
2

1

3

j

+2|-2π/3=  

 

 

 

 

 

(

)

3
4

1

3

j

+

(

)

1

3

− − j

=

(

)

1
4

1

3

j

=½|-π+π/3= ½|-2π/3=½|-120

o 

b)   X=½|π/3-π+2|π/3+1|-π/6-π/2=

(

)

1
4

1

3

j

+

(

)

1
2

2

1

3

j

+1|-2π/3=  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(

)

3
4

1

3

j

+

(

)

1
2

1

3

− − j

=

(

)

1
4

1

3

j

=½|π/3=½|60

o

 

c)  X

c

=½|-π/6-π/2+2|π/6+1|-π/3-π/2=

(

)

1
4

1

3

j

+

(

)

1
2

2

3

+1|-5π/6=  

(

)

1
4

1

3

j

+

(

)

3 + +

(

)

1
2

3

− =

(

)

1
4

1

3

j

+

(

)

1
2

3 + ≈0,619657|6,20602

 o

  

lub 

 

X

cc

=½|-π/3-π/2+2|π/6+1|-π/3-π/2=

(

)

1
4

3

+

(

)

1
2

2

3

+1|-5π/6=  

 

 

 

 

 

 

 

 

(

)

3
4

3 + +

(

)

1
2

3

− =

(

)

1
4

3 + =½|π/6=½|30

o

 . 

d)  X=½|-2π/3+1|π/3+2|-π/6-π/2=

(

)

1
4

1

3

j

+

(

)

1
2

1

3

j

+2|-2π/3=  

 

 

 

 

 

(

)

1
4

1

3

j

+

(

)

1

3

− − j

=

(

)

3
4

1

3

j

=1½|-π+π/3= 1½|-2π/3=1½|-120

o 

e)  X=½|π/3+2|π/3+1|-π/6-π/2=

(

)

1
4

1

3

j

+

(

)

1
2

2

1

3

j

+1|-2π/3=  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(

)

5
4

1

3

j

+

(

)

1
2

1

3

− − j

=

(

)

3
4

1

3

j

=1½|π/3=1½|60

o

 

f)  X

f

=½|-π/6-π/2+π+2|π/6+1|-π/3-π/2=

(

)

1
4

1

3

j

+

(

)

1
2

2

3

+1|-5π/6=  

 

(

)

1
4

1

3

j

+

(

)

3 + +

(

)

1
2

3

− =

(

)

1
4

1

3

j

+

(

)

1
2

3 + ≈1,45466|39,8961

 o

  

lub 

 

X

ff

=½|-π/3-π/2+π+2|π/6+1|-π/3-π/2=

(

)

1
4

3 + +

(

)

1
2

2

3

+1|-5π/6=  

 

 

 

 

 

 

 

 

(

)

5
4

3 + +

(

)

1
2

3

− =

(

)

3
4

3 + =1½|π/6=1½|30

o

 

 
 
Komentarz. Można było najpierw wykonać redukcję wyrazów podobnych po stronie czasu, po 
czym przej
ść na działania na wskazach!

 

 

background image

Zadania z Przedmiotu Technika Analogowa 

Analiza wskazowa - kolokwium

 

© C. Stefański 

 
 

7b_RozwiazanieKola2gr9i10_2006.doc 

3/8 

Zauważone błędy i usterki proszę zgłaszać autorowi na adres cestef@o2.pl 

 

 
Zadanie 2 
 
(dla grupy 9) 
 

Wskaz E przebiegu napięciowego e(t)=E

m

cos(10

4

t

+

φ

) [V] wynosi: 

 

 

a) 

10 2 30

E

=



[V],   b) 

5 2 60

E

=



[V], c) 

2,5 2 45

E

=



[V]. 

 

Znajdź prąd i(t) płynący przez dwójnik będący szeregowym połączeniem oporu R=0,1kΩ 

i kondensatora C=1

µ

F, gdy napięcie na tym dwójniku wynosi e(t).  

 
(dla grupy 10) 
 

Wskaz E przebiegu napięciowego e(t)=E

m

cos(10

4

t

+

φ

) [V] wynosi: 

 

 

a) 

5 2 30

E

=



[V],   b) 

2,5 2 60

E

=



[V], c) 

1, 25 2 45

E

=



[V]. 

 

Znajdź prąd i(t) płynący przez dwójnik będący równoległym połączeniem oporu R=0,1kΩ 

i kondensatora C=1

µ

F, gdy napięcie na tym dwójniku wynosi e(t).  

 

Odp. (dla obu grup): 

a)   

 

(

)

4

( ) 100 cos 10

15   [mA]

i t

t

=

+



b)    

 

(

)

4

( )

50 cos 10

15   [mA]

i t

t

=



c)   

 

(

)

4

( )

25cos 10

90   [mA]

i t

t

=

+



 
Rozwi
ązanie 
 

Wyznaczmy  najpierw  impedancję,  a  następnie  admitancję  dwójnika,  o  którym  mowa  w 

zadaniu dla grupy 9. Mamy: 

(

)

1

4

6

9

100

10 10

100(1

) [ ]

Z

=

+

=

j

j

1

1

1

9

9

1

45

100 (1

)

 [S]

100 2 45

100 2

Y

Z

=

=

=

=

j





Wyznaczmy następnie admitancję dwójnika, o którym mowa w zadaniu dla grupy 10. Mamy: 

4

6

10

1

1

2 45

10 10

(1

)

 [S]

100

100

100

Y

=

+

=

+

=

j

j



Zauważamy, że  

10

9

2

Y

Y

= ⋅

Ponadto zauważamy, że w odpowiadających sobie przypadkach (dla grup 9 i 10) zachodzi 

grupy 9

grupy 10

2

E

E

= ⋅

a ponieważ 

1

grupy 9

grupy 10

grupy 10

9

10

10

2

2

I

E Y

E

Y

E

Y

E

Y

=

=

=

=

więc w tychże przypadkach prądy będą identyczne. 
 
 

Obliczamy: 

a)   

 

 

45

10 2 30

0,115  [A]

100 2

I

E Y

=

=

=







b)    

 

45

5 2 60

0, 05 15  [A]

100 2

I

E Y

=

=

=







c)   

 

45

2,5 2 45

0, 025 90  [A]

100 2

I

E Y

=

=

=







 

Zatem: 

background image

Zadania z Przedmiotu Technika Analogowa 

Analiza wskazowa - kolokwium

 

© C. Stefański 

 
 

7b_RozwiazanieKola2gr9i10_2006.doc 

4/8 

Zauważone błędy i usterki proszę zgłaszać autorowi na adres cestef@o2.pl 

 

a)   

 

(

)

4

( ) 100 cos 10

15   [mA]

i t

t

=

+



b)    

 

(

)

4

( )

50 cos 10

15   [mA]

i t

t

=



c)   

 

(

)

4

( )

25 cos 10

90   [mA]

i t

t

=

+



 
 
 
Zadanie 3
 
 

Obliczyć prąd i(t) oraz moc średnią traconą 

na  oporniku  R

1

  w  obwodzie  jak  na  rysunku. 

Przyjąć:  

j

(t)=4

η

 cos(10

6

t

/3)   [mA], 

e

(t)=3

η

 cos(3

.

10

6

t

) [V], 

R

1

=R

2

=750Ω, L=1mH, C=1nF, 

gdzie 

η 

η 

η 

η 

oznacza ustaloną liczbę naturalną. 

 

Odp. 

 

(

)

(

)

(

)

6

6

1
3

( )

2

cos

10

45 + cos 3 10

45

  [mA]

i t

t

t

η

=

+





 

 

 

 

2

1, 5

 [mW]

sr

P

η

=

 
Rozwiązanie 
 

Ź

ródła działają na różnych pulsacjach, więc właściwym podejściem przy wyznaczaniu 

prądu jest skorzystanie z zasady superpozycji. 
 

Gdy działa tylko źródło prądowe mamy schemat wskazowy pokazany na rysunku (jed-

nostki to Ω, A), gdyż 

3

6

9

1

3 10  [ ]

10

10

3

C

Z

=

= −

j

j

6

3

3

1
3

10

10

10  [ ]

3

L

Z

=

=

j

j

 

Korzystamy z dzielnika prądowego i wyznaczamy: 

3

3

3

1
3

1

2

750

4 10

45

1

1

1

1

1000

750

750

3 10

10

j

I

η

η

=

=

+

+

+

j

j



Oznacza to, iż wywołany przez źródło prądowe składnik i

j

(t) prądu i(t) wynosi: 

(

)

6

1
3

( )

2 cos

10

45   [mA]

j

i t

t

η

=

+



 

Gdy działa tylko źródło napięciowe mamy, po zastąpieniu rzeczywistego źródła napię-

ciowego równoważnym źródłem prądowym, schemat wskazowy pokazany na rysunku (jed-
nostki to Ω, A), gdyż 

3

1
3

6

9

1

10  [ ]

3 10 10

C

Z

=

= −

j

j

6

3

3

3 10 10

3 10  [ ]

L

Z

=

=

j

j

3

3

4

10

750

e

J

η

η

=

=

  [A]. 

 

 

Korzystamy z dzielnika prądowego i wyznaczamy: 

e

(t)

 

i

(t)

 

 j

(t

R

C

 

R

L

 

I

j

 

4

η10

-3 

750

 

-j3

.

10

750

 

j10

3

/3 

 

I

j

 

4

η10

-3 

750

 

-j10

3

/3 

750

 

j3

.

10

3

 

 

background image

Zadania z Przedmiotu Technika Analogowa 

Analiza wskazowa - kolokwium

 

© C. Stefański 

 
 

7b_RozwiazanieKola2gr9i10_2006.doc 

5/8 

Zauważone błędy i usterki proszę zgłaszać autorowi na adres cestef@o2.pl 

 

3

3

3

1
3

1

2

750

4 10

45

1

1

1

1

1000

750

750

3 10

10

e

I

η

η

=

=

+

+

+

j

j



Oznacza to, iż wywołany przez źródło napięciowe składnik i

e

(t) prądu i(t) wynosi: 

(

)

6

( )

2 cos 3 10

45   [mA]

e

i t

t

η

=



Ostatecznie poszukiwany prąd wynosi: 

(

)

(

)

(

)

6

6

1
3

( )

2

cos

10

45 + cos 3 10

45

  [mA]

i t

t

t

η

=

+





Wartość skuteczna każdego ze składników ortogonalnych tego prądu wynosi: 

3

,

,

2

10

[mA]

2

sk j

sk e

I

I

η

η

=

=

=

Na oporniku R

1

 =750 Ω wydzieli się łącznie moc (sumujemy moce średnie sygnałów ortogo-

nalnych): 

(

)

2

2

2

2

2

3

2

,

1

,

1

750(

) 10

1,5

 [mW]

sr

sk j

sk e

P

I

R

I

R

η

η

η

=

+

=

+

=

 
 

Zadanie 4 
 

Obliczyć dobroć Q, oporność dynamiczną R

d

, pulsację rezonansową 

ω

r

 i pulsację charak-

terystyczną 

ω

o

 oraz pasmo trzydecybelowe równoległego dwugałęźnego obwodu rezonanso-

wego L, r

,C, r

, gdy L=1mH, C=1nF, r

L

=0,7Ω, r

C

=0,3Ω. Ponadto obliczyć napięcie na prą-

dowym  źródle j(t) pobudzającym ten obwód rezonansowy. Przyjąć j(t)=cos( (1- (2Q)

-1

)

ω

o

 t

[

µ

A].   Podczas rozwiązania sygnalizować, czy wielkości są wyznaczane z zależności dokład-

nych, czy przybliżonych. 
 

Odp. 

3

10

Q

,

1 Mrad/s

o

ω =

1 M ]

d

R

=

Ω ,

1 Mrad/s

r

o

ω

ω

=

1 Mrad/s

o

ω =

3

1krad/s

dB

B

 

 

(

)

(

)

(

)

1

( )

0,1cos 1

2

84

[V]

j

o

e t

Q

t

ω

+



.

 

Rozwiązanie 
 

Obliczamy (zależności dokładne). 

 

Pulsacja charakterystyczna 

3

9

1

1

1M [rad/s]

10

10

o

LC

ω

=

=

=

 

 

 „Charakterystyczna” dobroć (gałęzi) cewki    

6

3

4

1
7

10 10

10

0, 7

o

o

L

L

L

Q

r

ω

=

=

= ⋅

 

 

 „Charakterystyczna” dobroć (gałęzi) kondensatora  

4

1
3

6

9

1

1

10

10 10

0,3

o

C

o

C

Q

Cr

ω

=

=

= ⋅

 

 

Oporność dynamiczna obwodu 

(

)

(

)

3

9

10

1M [ ]

10

0, 7 0,3

d

L

C

L

R

C r

r

=

=

=

+

+

 

 

Pulsacja rezonansowa obwodu 

background image

Zadania z Przedmiotu Technika Analogowa 

Analiza wskazowa - kolokwium

 

© C. Stefański 

 
 

7b_RozwiazanieKola2gr9i10_2006.doc 

6/8 

Zauważone błędy i usterki proszę zgłaszać autorowi na adres cestef@o2.pl 

 

(

)

(

)

2

4

2

1
7

6

2

2

4

1
4

1

1

1

1

10

10

1 Mrad/s

1

1

1

1

10

o

o

L

r

o

o

C

Q

Q

ω

ω

ω

=

=

=

 

Obliczamy dobroć Q (zależność przybliżona): 

4

4

1

1

3

7

3

4

4

1

1

7

3

10

10

10

10

10

o

o

o

o

L

C

L

C

Q Q

Q

Q

Q

⋅ ⋅

=

=

+

+ ⋅

 

Obliczamy pasmo (zależność przybliżona, bo liczymy z wzoru dla równoległego obwodu 

rezonansowego): 
 

6

3

3

10

1k  [rad/s]

10

o

dB

B

Q

ω

=

=

 Obliczamy: 

(1- (2Q)

-1

)

ω

o

(

)

(

)

1

3

6

5

1

2 10

10

995 10

0,995

o

ω

=

=

2

9

9

2

5

3

3

(0,995

)

10

10

(0,995

)

(

)

1

(-0,0100251256) 10

84

0,995

10

10

o

o

o

C

L

o

o

Y

r

r

ω

ω

ω

γ

γ

ω ω

+

+

⋅ +

j

j



Zatem 

(

)

(

)

(

)

1

( )

0,1cos 1

2

84

[V]

j

o

e t

Q

t

ω

+



 
 
 
Zadanie 5. 
 

W obwodzie jak na rysunku dwójnik ob-

ciążający D został tak dobrany, by wydzielała 
się na nim maksymalna moc czynna. Obliczyć 
tę moc. Przyjąć, że j(t)=

 η

 cos(

η 

 10

6.

t

) [mA], 

R

=8

.

η

 

-2

 kΩ, C=

.

η 

-1

 nF. 

(W danych tego zadania 

η

 oznacza pewną 

ustaloną liczbę naturalną). 
 

Odp. 

1  mW

c

P

=

 
Rozwi
ązanie 
 

Narysujmy schemat wskazowy obwodu na le-

wo od wyróżnionych zacisków. 
 

Wskaz I

z

 prądu zwarcia wyróżnionych zaci-

sków wynosi: 

z

I

η

=

 [mA]. 

  

Wskaz 

U

r

  napięcia  między  rozwartymi  wyróż-

nionymi  zaciskami jest  równy  wskazowi 

U

  zazna-

czonemu na rysunku. Ten wskaz spełnia następujące równanie PPK 

(

)

(

)

3

6

1

9

2

3

10

1

10

10

8

10

U

U

U

η

η

η

η

η

=

+

+

j

z którego wyliczamy 

u

(t)

 

 j

(t

R

 

C

 

(

η+1)u(t

U

 

η

 

[mA]

 

8

η

 -

2

[kΩ]

 

j

η

10

6

η 

-1

10

-9

 [S] 

(

η+1)U 

I

background image

Zadania z Przedmiotu Technika Analogowa 

Analiza wskazowa - kolokwium

 

© C. Stefański 

 
 

7b_RozwiazanieKola2gr9i10_2006.doc 

7/8 

Zauważone błędy i usterki proszę zgłaszać autorowi na adres cestef@o2.pl 

 

1

8

U

η

=

j

[V]. 

Admitancja zastępczego źródła Nortona wynosi zatem 

3

2

3

1

10

10

=

  [mS]

8

8

8

z

z

N

r

I

I

Y

U

U

η

η

η

η

η

η

=

=

=

=

j

j

j

,  

zaś SPM tego źródła to 

3

10

  [A]

z

N

J

I

η

=

=

Dopasowane obciążenie ma admitancję 

2

*

  [mS]

8

o

N

Y

Y

η

η

=

=

+

j

Tę sytuację przedstawiono na rysunku. 
Wskaz  napięcia  na  dopasowanym  obciąże-
niu wynosi 

3

2

2

3

10

4

 [V]

10

8

8

o

U

η

η

η

η

η

η

=

=

+

+

j

j

zaś wskaz prądu wynosi 

2

3

4

10

=

 + 4  [mA]

8

2

o

o o

I

U Y

η

η

η

η

 

=

=

+

 

j

j

Moc zespolona na dopasowanym dwójniku to 

(

)

*

*

3

1

-3

1

1

2

2

4

 + 4

10

1

8

10  [W]

2

o

o

z

P

U I

η

η

η

=

=

=

j

j

Ostatecznie moc czynna, jaka wydzieli się na rozważanym dwójniku, wyniesie 

( )

Re

1  [mW]

c

z

P

P

=

=

U

o

 

η

 

[mA]

  

2

[mS]

8

η

η

j

 

2

 [mS]

8

η

η

+

j

 

background image

Zadania z Przedmiotu Technika Analogowa 

Analiza wskazowa - kolokwium

 

© C. Stefański 

 
 

7b_RozwiazanieKola2gr9i10_2006.doc 

8/8 

Zauważone błędy i usterki proszę zgłaszać autorowi na adres cestef@o2.pl 

 

 

Odp do zad 1: 

a) 2X=

(

)

1
2

1

3

j

=1|-2π/3= 1|-120

o

 , 

b) 2X=

(

)

1
2

1

3

j

=1|π/3=1|60

o

 , 

c) 2X

cc

=

(

)

1
2

3 + =1|π/6=1|30

o

 ,  X

c

≈0,619657|6,20602

 o

  , 

 

d) 

2
3

X

=

(

)

1
2

1

3

j

=1|-2π/3= 1|-120

o

  

e) 

2
3

X

=

(

)

1
2

1

3

j

=1|π/3=1|60

o

 , 

f) 

2
3

X

ff

=

(

)

1
2

3 + =1|π/6=1|30

o

 , X

f

≈1,45466|39,8961

 o

  . 

 

 
Odp. (dla obu grup) do zad. 2: 

a)   

 

(

)

4

( )

100 cos 10

15   [mA]

i t

t

=

+



b)    

 

(

)

4

( )

50 cos 10

15   [mA]

i t

t

=



c)   

 

(

)

4

( )

25 cos 10

90   [mA]

i t

t

=

+



 

Odp. do zad. 3 

 

 

 

(

)

(

)

(

)

6

6

1
3

( )

2

cos

10

45 + cos 3 10

45

  [mA]

i t

t

t

η

=

+





 

 

 

 

2

1, 5

 [mW]

sr

P

η

=

 
Odp. do zad. 4: 
 

 

3

10

Q

 

 

1 M

d

R

=

Ω , 

 

 

1 Mrad/s

r

o

ω

ω

=

,  

 

 

1 Mrad/s

o

ω =

,  

 

 

3

1krad/s

dB

B

 

 

(

)

(

)

(

)

1

( )

cos 1

2

[V]

j

o

e t

Q

t

ω

 
Odp. do zad. 5 
 

 

 

1  mW

c

P

=