background image

Zadania z Przedmiotu Technika Analogowa 

Analiza wskazowa 11-20

 

© C. Stefański 

 
 

2_Zadania11_20.doc 

1/24 

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

Zadanie 11

1

 

 

W  obwodzie  znajdującym  się  w  sinuso-

idalnym stanie ustalonym znaleźć przesunię-
cie fazowe  pomiędzy  e(t)  i  i(t).  Przyjąć,  że: 

R

=1k

Ω, 

ω

L

1

=2k

Ω,  M=

1

1

2

2

2mH

L L

=

L

2

=1mH. 

 

Odp.: 135

o

 
Rozwiązanie 
 

Ponieważ 

L

2

=1mH 

M

=

1

1

2

2

2mH

L L

=

więc 

L

1

=8mH. 

 

 

 

Ponieważ 

ω

L

1

=2k

Ω, 

L

1

=8mH, 

więc 

ω

M

=0,5k

Ω 

ω

L

2

=0,25k

Ω. 

 

Rysujemy  schemat  dla  wskazów. 

Obecność  w  tym  schemacie  źródeł  ste-
rowanych  wynika  z  zastąpienia  induk-
cyjności sprzężonych poniższym mode-
lem 

zastępczym 

dla 

schematu 

wskazowego.  

wego.  

 
 
 
 
 
 
 
 

 

Dalej  zadanie  można  rozwiązywać  analitycznie,  rachując  na  amplitudach  zespolonych, 

albo można się posiłkować interpretacją graficzną wskazów, rysując pomocniczo tzw. wykre-
sy wskazowe. Najpierw zastosujemy podejście korzystające z wykresów wskazowych. 
 

Dla prawego oczka obwodu wskazowego możemy narysować następujący wykres wska-

zowy  napięć  uwzględniający  fakt,  że  suma  wskazów  napięć  w  tym  oczku  jest  zerowa  i  że 
amplituda zespolona napięcia na zwarciu jest zerowa. 

                                                 

1

 

Objaśnia się, iż zapis „

ϕ ” znaczy tyle samo, co „exp(j

ϕ)”

 

e

(t

L

i

(t

L

E

 

j0,25k

Ω 

j2k

 

I

 

I

1

j0,5k

Ω 

1k

Ω 

-(I+I

1

)j0,5k

Ω 

I

I+I

U

R

 

U

L

U

ZS

 

j

ω

L

2

 

1

0

j

M I

ω

 

u

2

 

i

1

 

L

1

 

i

2

 

M

 

u

L

2

 

1

 

2

U

 

1

U

 

2

 

j

ω

L

2

0

j

M I

ω

 

background image

Zadania z Przedmiotu Technika Analogowa 

Analiza wskazowa 11-20

 

© C. Stefański 

 
 

2_Zadania11_20.doc 

2/24 

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

Wykres 

wskazowy 

α

α

α

α

 

przedstawia  wspomnianą 
sytuację w oczku prawym. 
Sytuację  tę  rozrysowano 
ponownie  na  wykresie  B, 
przedstawiając  jeden  ze 
wskazów 

jako 

sumę 

wskazów.  Przedstawienie 
to  wynika  ze  związków 
graficznych i algebraicznych uwidocznionych na wykresie 

α

α

α

α

. Na podstawie wykresu 

β

β

β

β

 łatwo 

już wnosimy, że 

I

1

=-2

I

 

Oznacza to, że wskazy 

I

 oraz 

I

1

 są w przeciwnie zwrócone (argumenty wskazów 

oraz 

I

1

 

różnią się o 180

o

, czyli wskazy te są w „przeciwfazie”) i drugi z nich jest dwa razy krótszy od 

pierwszego. 
 

Rysujemy  wykres  wskazowy 

γγγγ

,  ilustrujący  spełnienie  PPK  dla  dolnego  węzła  układu 

schematu  wskazowego  i  uwzględniający  relację pomiędzy 

I

  oraz 

I

1

. Widać z  niego,  że  prąd 

wskazowy 

I

1

 jest w fazie z 

I

+

I

1

 i jest od niego dwa razy większy. 

 

Uwzględniamy 

ten 

fakt, 

rysując 

wykres 

wskazowy 

δδδδ

  równowagi 

wskazów napięć dla pierwszego (czyli lewego) oczka schematu wskazowego. 
 

Z wykresu 

δδδδ

 łatwo ustalamy, że kąt, jaki tworzą ze 

sobą  wskazy 

E

  oraz 

U

R

  (a  zatem  również  wskazy 

E

 

oraz 

I

1

+I 

) wynosi 45

o

. Ze wskazem 

I

1

+I

 wskaz I two-

rzy  kąt  180

o

  (patrz 

wykres  wskazowy 

γγγγ

).  Zatem  ostatecz-

nie 

E

 tworzy z 

I

 kąt 

135

o

 

(porównaj 

wykres  wskazowy 

εεεε

).  Oznacza  to,  że 

różnica  faz  przebie-

gów 

e

(

t

) oraz 

i

(

t

) wynosi 135

o

 (jeżeli przyjąć, że wskaz wirujący 

E

|

ωt

 wiruje zgodnie z dodat-

nią orientacją płaszczyzny, to wirujący wskaz 

I

|

ωt

 jest opóźniony o kąt (360-135)

o

=225

o

). 

 

 

Tak wygląda rozwiązanie problemu w oparciu o interpretację wykresów wskazowych. 

Jak można problem rozwiązać algebraicznie pokażemy poniżej. 
 

Zapiszemy macierzowe równanie oczkowe dla schematu dla wskazów. Mamy: 

1

1k

j2k

j0,25k

-j0,25k

-j

j0, 5k

j0, 5

0,25k

j0,25k

k

j0, 5k

j0, 5k

0

I

I

E

I

Ω +

Ω +

+

 

=

 

 

 

+

+

 

Nic  nie  stoi  na  przeszkodzie,  by  przyjąć 

E

=1kV  (wszak  idzie  tylko  o  fazę,  a  będzie  się 

wygodnie liczyło). Mamy:  

1

1 j1,25

j0,25

1

j0,25

j0,25

0

I

I

I

+

+

 

=

 

 

 

skąd 

1

1

1

1 j

2

2

180

45

135

I

+

=

=

=







 . 

Jak widzimy, również uzyskaliśmy fazę 135

o

-(I+I

1

)j0,5k

Ω 

 

I

1

j0,25k

Ω 

 

-I

1

j0,25k

Ω 

 

-Ij0,5k

Ω 

 

I

1

j0,25k

Ω 

 

-I

1

j0,25k

Ω 

 

α

α

α

α    

 

β

β

β

β    

 

I

1

 

 

I

 

I

+I

 

γγγγ    

 

d

 

 

d

 

 

d

 

 

U

R

=

(I

1

+I

)1k

Ω 

 

U

L

1

=

(I

1

+I

)j2k

Ω 

 

U

ZS

=I

1

j0,5k

Ω 

 

E

 

 

δδδδ    

 

d

 

 

d

 

 

I

1

+I

 

E

 

 

εεεε    

 

d

 

 

I

 

background image

Zadania z Przedmiotu Technika Analogowa 

Analiza wskazowa 11-20

 

© C. Stefański 

 
 

2_Zadania11_20.doc 

3/24 

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

Zadanie 12

1

 

 

Wyznaczyć różnicę faz między napięciem u(t

e(t) w przedstawionym obok obwodzie znajdują-
cym  się  w  stanie  ustalonym.  Przyjąć,  że 
e

(t)=E

m

cos(

ω

t

+

ϕ

). 

 

Odp.: arctg

1

RC

ω

 
Rozwiązanie 

 

Mamy 

następujący 
schemat dla wskazów (rys.

β

). Jest on równoważny 

schematowi z kolejnego rysunku (rys. 

γ

), gdy  

1

j

1 j

||

R

C

RC

Z

R

ω

ω

+

=

=

 

Prąd  wskazowy  płynący  przez  wrota  wejściowe 

wzmacniacza jest zerowy (tak wynika z równań defini-
cyjnych wzmacniacza), więc wskaz spadku napięcia na 
rezystorze R

1

 też jest zerowy, a zatem na obu zaciskach 

wejściowych wzmacniacza potencjał jest zerowy. Przez 
ź

ródło  E  w  kierunku  wzmacniacza  płynie  zatem  prąd 

wskazowy 

j

E

E

I

L

ω

=

Prąd  ten  płynie  też  przez  dwójnik  o  impedancji  Z  (bo 
przez  wrota  wejściowe  wzmacniacza  nie  może)  i  dalej 
przez  wrota  wyjściowe  wzmacniacza.  Skoro,  jak  nieco 
wcześniej  zauważyliśmy,  zacisk  „-”  wzmacniacza  jest 
na  potencjale  zerowym,    możemy  napisać  następujące 
równanie NPK: 

0

E

U

I Z

+

= ,  

z którego wyliczamy 

2

2

2

2

j

1 j

1

arctg

m

E

E

E

R

R

U

I Z

L

RC

L

R C

RC

π

ϕ

ω

ω

ω

ω

ω

= −

= −

= −

=

+

+

 

2

2

2

2

arctg

1

m

E R

RC

L

R C

π

π ϕ

ω

ω

ω

+ − −

+

Szukana różnica faz wyniesie: 

(

)

arctg

2

u

e

RC

π

ϕ

ϕ

ϕ

ω

ϕ

=

+

=  

arctg

2

RC

π

ω

Ostatnie wyrażenie można zapisać prościej, 

jako 

1

arctg

RC

ω

,  

co objaśniono kolejnym rysunku (rys. 

δ

). 

 
 

                                                 

1

 

Objaśnia się, iż zapis „

ϕ ” znaczy tyle samo, co „exp(j

ϕ)”

 

e

(t

L

 

R

C

 

R

 

u

(t

Rys. 

α

α

α

α

 

E

=E

m

|

ϕ

 

j

ω

L

 

R

1/(j

ω

C

R

 

U

 

Rys. 

β

β

β

β

 

E

=E

m

|

ϕ

 

j

ω

L

 

R

U

 

Rys. 

γγγγ

 

I

E 

Rys. 

δδδδ

 

ω

ω

ω

ω

RC 

1

11

1 

arctg

ω

RC 

arctg

1

  RC

ω

 

background image

Zadania z Przedmiotu Technika Analogowa 

Analiza wskazowa 11-20

 

© C. Stefański 

 
 

2_Zadania11_20.doc 

4/24 

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

Zadanie 13

1

 

 

Obliczyć prąd i(t) w układzie pokazanym na 

rysunku (rys. 

α

α

α

α

) w przypadku, gdy  

e

(t)=10sin(2t+45

o

) [V] oraz j(t)= 2cos(2t-30

o

) [A]. 

 
 
 

Odp.:  ( )

4, 61cos(2

28,88 ) [A]

i t

t



 
Rozwiązanie 
 

Rysujemy  wskazowy  schemat  zastępczy  ob-

wodu  (rys. 

β

).  Przekształcamy  obwód  do  potrzeb 

metody  węzłowej.  Uzyskujemy  obwód  pokazany 
na kolejnym rysunku (rys. 

γ

).  

Uzyskujemy  obwód  o  dwu  węzłach. 
Łatwo  układamy  równanie  węzłowe,  z 
którego wyznaczymy potencjał węzła 



(

)

1

1

1

1

1

1

5

4 j

1-2j

5

4 j

2 30

10(

) 45

V

+

+

= −

+

+





 

 

1

1

5

4 j

1

1

1

5

4 j

1-2j

2 30

10(

) 45

1

V

+

+

+ +

=





 

Wskaz I szukanego prądu wyniesie 

4 9 2

1

1

1

2

2 4 3

5

4 j

1

1

1

73

13

5

4 j

1-2j

80

14

57 18 2 2 6 arctg

2 30

10(

) 45

1

1

1 2 j

arctg

4, 6096 -28,8774

1 2 j

V

I

+

+

+

+

+

+

=

=

=







zaś szukany prąd będzie równy 

( )

4, 61cos(2

28,88 ) [A]

i t

t



 
 
 
 
 
 

                                                 

1

 

Objaśnia się, iż zapis „

ϕ ” znaczy tyle samo, co „exp(j

ϕ)”

 

2H 

5

Ω 

0,25F 

1

Ω 

e

(t

j

(t

i

(t

Rys. 

α

α

α

α

 

4j 

-2j 
 

10|45

o

-90

o

 

2|-30

o

 

I

 

(jednostki: 

Ω, V, A) 

 

Rys. 

β

β

β

β

 

4j 

-2j 
 

1

1

5

4 j

10(

)

+

|-45

o

 

2|-30

o

 

I

 

(jednostki: 

Ω, V, A) 

 

Rys. 

γγγγ

 







 

background image

Zadania z Przedmiotu Technika Analogowa 

Analiza wskazowa 11-20

 

© C. Stefański 

 
 

2_Zadania11_20.doc 

5/24 

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

Zadanie 14

1

 

 

Obliczyć prąd i(t) w układzie pokazanym na 

rysunku (rys. 

α

α

α

α

) w przypadku, gdy  

e

(t)=10sin(3t+45

o

) [V] oraz j(t)= 2cos(3t-30

o

) [A]. 

 

 

Odp.: i(t

≈3,83cos(3t-37,39

o

) [A]. 

 
 
Rozwiązanie 
 

Rysujemy schemat zastępczy dla celów analizy wskazowej (rys. 

β

). Na gałęzi (złożonej z 

rezystora i kondensatora), przez którą płynie prąd wskazowy I, panuje napięcie wskazowe 

4
3

(1

j)

I

Napięcie to możemy też wyznaczyć sumując spad-
ki  napięć  na  źródle  napięciowym  i  równoległym 
połączeniu  induktora  z  opornikiem.  W  ten  sposób 
uzyskujemy, że napięcie to wynosi 

5 6 j

5+6j

10 45

(2 30

)

I

+





Porównujemy  uzyskane  wyrażenia  i  wyznaczamy 
z powstałego równania wskaz I

5 6 j

4
3

5+6j

(1

j)=10 45

(2 30

)

I

I

+





I

≈3,83012|-37,3882

o

 [A]. 

Ostatecznie 

i

(t

≈3,83cos(3t-37,39

o

) [A]. 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                 

1

 

Objaśnia się, iż zapis „

ϕ ” znaczy tyle samo, co „exp(j

ϕ)”

 

2H 

5

Ω 

0,25F 

1

Ω 

e

(t

j

(t

i

(t

Rys. 

α

α

α

α

 

6j 

4

3

 

10|45

o

-90

o

 

2|-30

o

 

I

 

(jednostki: 

Ω, V, A) 

 

Rys. 

β

β

β

β

 

background image

Zadania z Przedmiotu Technika Analogowa 

Analiza wskazowa 11-20

 

© C. Stefański 

 
 

2_Zadania11_20.doc 

6/24 

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

Zadanie 15

1

 

 

Obliczyć prąd i(t) w układzie pokazanym na 

rysunku (rys. 

α

α

α

α

) w przypadku, gdy 

e

(t)=10sin(2t+45

o

) [V] oraz i(t)= 2cos(3t-30

o

) [A]. 

 

 

Odp.:  ( )

3, 35 cos(2

53, 46 )

i t

t

+



 

 

 

 

1,87 cos(3

6,1 ) [A]

t



 

Rozwiązanie 
 

Ponieważ źródła zadania są generatorami sygnałów o różnej pulsacji, a z założenia analiza 

wskazowa dotyczy sytuacji związanej z pojedynczą, ustaloną pulsacją (nie da się wyznaczyć 
choćby  impedancji  induktora  dla  kilku  wartości  pulsacji  jednocześnie  jako  jednej  liczby), 
przeto ratunkiem okazuje się zastosowanie superpozycji. W poszczególnych etapach superpo-
zycji  zachowujemy  te  źródła,  które  pracują  na  tej  samej  pulsacji,  a  pozostałe  wygaszamy. 
Uzyskane rezultaty cząstkowe – muszą to być przebiegi czasowe – sumujemy.  
 

Wyznaczmy  najpierw  skutek  od  źródeł  pracują-

cych na pulsacji 

ω

=2. Oznacza to, że źródło napięcio-

we działa, a prądowe jest wygaszone (czyli zastąpione 
rozwarciem).  Uzyskujemy  następujący  (rys. 

β

)  sche-

mat dla wskazów (związanych z przebiegami o pulsa-
cji 

ω

=2, co wyraźnie podkreśliliśmy, przez oznaczenie 

wskazu prądu jako I

ω=2

). Łatwo obliczamy, że 

2

5 4j

5+4j

10 45

3,35155 -53,4613   [A]

1 2 j+

I

ω

=

=





Wskazowi temu odpowiada składnik czasowy  

2

( )

3, 35cos(2

53, 46 ) [A]

i

t

t

ω

=



Następnie  wyznaczamy  skutek  od  źródeł  pracujących  na 
pulsacji 

ω

=3. Oznacza to, że źródło prądowe działa, a na-

pięciowe  jest  wygaszone  (czyli  zastąpione  zwarciem). 
Uzyskujemy  następujący  schemat  (rys. 

γ

)  dla  wskazów 

(związanych  z  przebiegami  o  pulsacji 

ω

=3,  co  wyraźnie 

podkreśliliśmy, przez oznaczenie wskazu prądu jako I

ω=3

). 

Łatwo obliczamy, korzystając z dzielnika prądowego, że 

5 6j

5+6j

3

5 6j

4
3

5+6j

2 30

1.87004 -6,09795   [A]

1

j+

I

ω

=

= −





Wskazowi temu odpowiada składnik czasowy  

3

( ) 1,87 cos(3 -6.1 ) [A]

i

t

t

ω

=



Ostatecznie, co wynika z zasady superpozycji 

2

3

( )

( )

( )

3, 35 cos(2

53, 46 ) 1,87 cos(3

6,1 ) [A]

i t

i

t

i

t

t

t

ω

ω

=

=

=

+

+





 
Istnieje nieco inna możliwość rozwiązania powyższego zadania. Jak już wiemy, nie możemy 
narysować  schematu  wskazowego  słusznego  jednocześnie  dla  amplitud  zespolonych  odpo-

                                                 

1

 

Objaśnia się, iż zapis „

ϕ ” znaczy tyle samo, co „exp(j

ϕ)”

 

2H 

5

Ω 

0,25F 

1

Ω 

e

(t

j

(t

i

(t

Rys. 

α

α

α

α

 

4j 

-2j 
 

10|45

o

-90

o

 

I

ω=2

 

(jednostki: 

Ω, V, A) 

 

Rys. 

β

β

β

β

 

6j 

4

3

 

2|-30

o

 

I

ω=

(jednostki: 

Ω, V, A) 

 

Rys. 

γγγγ

 

background image

Zadania z Przedmiotu Technika Analogowa 

Analiza wskazowa 11-20

 

© C. Stefański 

 
 

2_Zadania11_20.doc 

7/24 

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

wiadających  sygnałom  o  różnych  pulsacjach.  Jednak,  jeżeli  będziemy  posługiwać  się  nie 
wskazami  nieruchomymi  (amplitudami  zespolonymi),  ale  wskazami  wirującymi  (które  są 
przecież przebiegami czasowymi), to można uzyskać coś w rodzaju schematu zastępczego dla 
wskazów wirujących (uogólniony zastępczy schemat wskazowy) i rozwiązać zadanie. Postę-
powanie daje się precyzyjnie uzasadnić, ale to uzasadnienie tu pominiemy

1

, a skupimy się na 

procedurze postępowania i pewnych komentarzach. 
 

W pierwszym kroku tworzymy 

schemat  zastępczy  dla  wskazów 
wirujących,  ze  zmienną 

ω

  (ozna-

czającą  pulsację)  w  wyrażeniach 
na  impedancje,  admitancje,  tran-
sadmitancje i transimpedancje, zaś 
rzeczywiste  sinusoidalne  SPM 
i SEM  źródeł,  a  także  inne  rze-
czywiste  napięcia  i  prądy  sinuso-
idalne,  zastępujemy  ich  czasowy-
mi  odpowiednikami  wskazowymi 
(czyli 

wskazami 

wirującymi). 

Przy tym dla zapewnienia, że źródło jest niezerowe tylko na wybranej pulsacji 

ω

x

, dopisuje-

my przy jego czasowej wydajności wskazowej czynnik 





2

ω

=

2

 

Dalej prowadzimy analizę sytuacji w uogólnionym zastępczym schemacie wskazowym, a 

po  wyznaczeniu  interesujących  nas  czasowych  wielkości  wskazowych  (taką  wielkością  na 
schemacie  z  rys. 

δ

  jest  I(t))  wyznaczamy  ich  części  rzeczywiste  (znaczy  to  np.,  że 

i

(t)=Re(I(t)). 

 

Zobaczmy,  jak  ta 

analiza  wygląda  w 
przypadku  schematu 
z  rys. 

δ

. Najpierw 

zastępujemy 

ź

ródło 

napięciowe 

prądo-

wym  (rys. 

ε

),  a  na-

stępnie,  korzystając  z 
dzielnika  prądowego, 
wyznaczamy  wskaz 
wirujący I(t). 
 

 

Mamy 









(

)

1
0,25

1
0,25

1

1

1

1

5

j 2

1

1

1

5

j 2

1

( )

10

2 (

) 45

2

3

30

j

j

I t

t

t

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

+

+

=

=

+

+

+

=

+

=

+ +





 









(

)

2

10

1

1

5

j2 2

20

( 13 j+12 )

10

2 (

) 45

2

2

3

30

3

t

t

ω

ω

ω

ω

ω

+

=

+

+

+

=

+













2

2

10

10

1

1

5

j2 2

20

( 13 j+12 )

20

( 13 j+12 )

10

2 (

)

45

2

2

3

30

3

t

t

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

+

+

=

+

+

+

=

+

=





 

(

)

(

)

56

52

1584

702

1

1

5

j2 2

73

73

1853

1853

10(

)

j

45

2

2

j

30

3

t

t

+

+

+

+

+

+





 

                                                 

1

 Gdy się uważnie porówna wcześniejszą analizę przy wykorzystaniu superpozycji i analizę teraz omawianym 

sposobem, to widać równoważność postępowania. 

2

 wyrażenie 

warunek_logiczny









 przyjmuje wartość 1, gdy zachodzi 

_

warunek logiczny

oraz przyjmuje wartość 0, 

gdy nie zachodzi 

_

warunek logiczny

 

j

ω

.

1

j

0, 25

ω

 

10





2

ω

=

|45

o

-90

o

 

+

ω

 t

 

2





3

ω

=

|-30

o

 

+

ω

 t

 

I

(t

(jednostki: 

Ω, V, A, rad/s) 

 

Rys. 

δδδδ

 

j

ω

.

1

j

0, 25

ω

 

10





2

ω

=

1

1

5

j

2

(

)

ω

+

|-45

o

 

+

ω

 t

 

2





3

ω

=

|-30

o

 

+

ω

 t

 

I

(t

(jednostki: 

Ω, V, A, rad/s) 

 

Rys. 

εεεε

 

background image

Zadania z Przedmiotu Technika Analogowa 

Analiza wskazowa 11-20

 

© C. Stefański 

 
 

2_Zadania11_20.doc 

8/24 

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

3,35155 53, 4613

2

1,87004 6, 09795

3

t

t

+

+

+





Ostatecznie 

(

)

( )

Re

( )

3,35 cos(2

53, 46 ) 1,87 cos(3

6,1 ) [A]

i t

I t

t

t

=

+





Wykreślmy na koniec uzyskany przebieg w przedziale (-2

π

, 2

π

) długości dwóch okresów.  

-6

-4

-2

2

4

6

-4

-2

2

4

 

 
 

background image

Zadania z Przedmiotu Technika Analogowa 

Analiza wskazowa 11-20

 

© C. Stefański 

 
 

2_Zadania11_20.doc 

9/24 

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

Zadanie 16

1

 

 

Obliczyć prąd i(t) w układzie pokazanym na 

rysunku (rys. 

α

α

α

α

) w przypadku, gdy 

e

(t)=10sin(3t+45

o

) [V] oraz i(t)= 2cos(2t-30

o

) [A]. 

 

 
 

Odp.:  ( ) 1,11cos(3 -15,90 )

i t

t

+



 

 

 

 

 

 

 

 

 

1,24cos(2

42,88 )

t

+



 

 

 

Rozwiązanie 
 

Ponieważ źródła zadania są generatorami sygnałów o różnej pulsacji, a z założenia analiza 

wskazowa dotyczy sytuacji związanej z pojedynczą, ustaloną pulsacją (nie da się wyznaczyć 
choćby  impedancji  induktora  dla  kilku  wartości  pulsacji  jednocześnie  jako  jednej  liczby), 
przeto ratunkiem okazuje się zastosowanie superpozycji. W poszczególnych etapach superpo-
zycji  zachowujemy  te  źródła,  które  pracują  na  tej  samej  pulsacji,  a  pozostałe  wygaszamy. 
Uzyskane rezultaty cząstkowe – muszą to być przebiegi czasowe – sumujemy. Ten sposób 
postępowania zalecamy Czytelnikowi do samodzielnego wykonania. 
 

Istnieje  też  nieco  inna  możliwość  rozwiązania  powyższego  zadania.  Jak  już  wiemy,  nie 

możemy narysować schematu wskazowego słusznego jednocześnie dla amplitud zespolonych 
odpowiadających sygnałom o różnych pulsacjach. Jednak, jeżeli będziemy posługiwać się nie 
wskazami  nieruchomymi  (amplitudami  zespolonymi),  ale  wskazami  wirującymi  (które  są 
przecież przebiegami czasowymi), to można uzyskać coś w rodzaju schematu zastępczego dla 
wskazów wirujących (uogólniony zastępczy schemat wskazowy) i rozwiązać zadanie.  
 

W pierwszym kroku procedury tworzymy schemat zastępczy dla wskazów wirujących, ze 

zmienną 

ω

 (oznaczającą pulsację) w wyrażeniach na impedancje, admitancje, transadmitancje 

i transimpedancje, zaś rzeczywiste sinusoidalne SPM i SEM źródeł, a także inne rzeczywiste 
napięcia  i  prądy  sinusoidalne,  zastępujemy  ich  czasowymi  odpowiednikami  wskazowymi 
(czyli  wskazami  wirującymi).  Przy  tym  dla  zapewnienia,  że  źródło  jest  niezerowe  tylko  na 
wybranej  pulsacji 

ω

x

,  dopisujemy 

przy  jego  czasowej  wydajności 
wskazowej czynnik 





x

ω ω

=

2

 

Następnie  prowadzimy  analizę 

sytuacji  w  uogólnionym  zastępczym 
schemacie  wskazowym,  a  po  wy-
znaczeniu  interesujących  nas  czaso-
wych  wielkości  wskazowych  (taką 
wielkością na schemacie z rys. 

δ

 jest 

I

(t))  wyznaczamy  ich  części  rzeczy-

wiste (znaczy to np., że i(t)=Re(I(t)). 

                                                 

1

 

Objaśnia się, iż zapis „

ϕ ” znaczy tyle samo, co „exp(jϕ)”

 

2

 wyrażenie 

warunek_logiczny









 przyjmuje wartość 1, gdy zachodzi 

_

warunek logiczny

oraz przyjmuje wartość 0, 

gdy nie zachodzi 

_

warunek logiczny

 

2H 

5

Ω 

0,25F 

1

Ω 

e

(t

j

(t

i

(t

Rys. 

α

α

α

α

 

j

ω

.

1

j

0, 25

ω

 

10





3

ω

=

|45

o

-90

o

 

+

ω

 t

 

2





2

ω

=

|-30

o

 

+

ω

 t

 

I

(t

(jednostki: 

Ω, V, A, rad/s) 

 

Rys. 

β

β

β

β

 

background image

Zadania z Przedmiotu Technika Analogowa 

Analiza wskazowa 11-20

 

© C. Stefański 

 
 

2_Zadania11_20.doc 

10/24 

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

 

Oto  na  rysunku 

powyżej (rys. 

β

) przed-

stawiono 

uogólniony 

schemat  wskazowy  dla 
problemu zadania.  
 

Najpierw  zastępu-

jemy  źródło  napięcio-
we  prądowym  (rys. 

γ

), 

a  następnie,  korzysta-
jąc  z  dzielnika  prądo-
wego, 

wyznaczamy 

wskaz wirujący I(t). 
 

 

Mamy 









(

)

1
0,25

1
0,25

1

1

5

1

1

1

1

1

5

2

2

1

2

2

30

10

3 (

)

)

4

(

5

t

I t

t

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

+

+

=

+

=

+

=

+

=

+

+

+

j

j

j

j





 









(

)

2

1

1

5

j

10

20

( 13 j+12

3

)

2

2

2

10

3 (

) 45

3

30

2

t

t

ω

ω

ω

ω

ω

+

=

+

=

+

+

+













2

2

10

20

( 13

10

1

1

5

j3 2

20

( 13 j+

j+

1

12

)

)

2

10

3 (

)

45

2

2

30

3

2

t

t

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

+

+

=

+

=

=

+

+

+





 

(

)

1584

702

1

1

5

j3 2

1853

1853

56

52

73

73

10(

)

j

45

3

2(

j ) 30

2

t

t

+

+

+

+

+

+





 

2,0937 12,8789

2

2,43424 -60,9035

3t

t

+

+

+





 

Ostatecznie 

( )

Re( ( ))

2,43cos(3 -60,90 )

2,09cos(2

12,88 )

i t

I t

t

t

=

+

+





 
Wykreślmy na koniec uzyskany przebieg w przedziale (-2

π

, 2

π

) długości dwóch okresów. 

 

 

-6

-4

-2

2

4

6

-4

-2

2

4

 

 
 

j

ω

.

1

j

0, 25

ω

 

10





3

ω

=

1

1

5

2

(

)

ω

+

j

|-45

o

 

+

ω

 t

 

2





2

ω

=

|-30

o

 

+

ω

 t

 

I

(t

(jednostki: 

Ω, V, A, rad/s) 

 

Rys. 

γγγγ

 

background image

Zadania z Przedmiotu Technika Analogowa 

Analiza wskazowa 11-20

 

© C. Stefański 

 
 

2_Zadania11_20.doc 

11/24 

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

Zadanie 17

1

 

 

W  obwodzie  jak  na  rysunku  (rys. 

α

)  źródło 

napięcia  wytwarza  przebieg  o  wartości  średniej 
równej 10 V, przy czym w chwili t=0 napięcie jest 
równe  10  V.  Znaleźć  ten  przebieg  napięcia  oraz 
moc  wydzieloną  na  rezystorze  R

1

.  Przyjąć,  że: 

i

C

(t)=I

m

sin(

ω

o

t

+

ϕ

C

), I

m

=

2
5

 A, f

o

=

1

2

π

MHz,  

C

=10 nF, L=1

µ

H, R

1

=R

2

=10 

Ω. 

 
 
 
Rozwiązanie 
 

Zgodnie z warunkami zadania,  

e

(t)= e

stałe

+e

zmienne

(t)=10V+e

zmienne

(t), 

przy czym wartość średnia dla e

zmienne

(t) jest zerowa. Skutek od działania źródła e(t) można, 

korzystając z zasady superpozycji, wyznaczyć jako sumę skutków od  e

stałe

 i od e

zmienne

 

Napięcie na kondensatorze wyniesie 

9

6

1

1

2

1

5

2

10 10

( )

( )

( )

( )

sin(2

10

)

o

o

t

t

c

C

o

C

o

C

C

t

t

u t

i

d

u t

u t

d

π

τ τ

π

τ ϕ

τ

=

+

=

+

+

=

 

6

6

10

8

6

8

6

2

2

5

5

10

( ) 10

sin(10

)

( ) 10

10

sin

C

o

o

C

t

t

C

o

C

C

o

t

t

u t

d

u t

d

ϕ

ϕ

τ ϕ

τ

ξ ξ

+

+

+

+

=

+

=

 

(

)

2

6

6

2
5

( ) 10

cos(10

) cos(10

)

C

o

o

C

C

u t

t

t

ϕ

ϕ

+

+

+

=  

(

)

(

)

6

2

6

6

2

2

2

5

5

10

10

cos(10

)

100

cos(10

)

C

C

C

CC

C

u

t

U

t

π

ϕ

ϕ

ϕ

+

=

+

 

(obliczenia pomocnicze zestawiono w poniższej tabelce). 
 

Napięcie  U

CC

,  czyli  składową  stałą  napięcia  na  kon-

densatorze, możemy znaleźć jako skutek działania źródła 
e

stałe

2

,  czyli  rozwiązując prosty  obwód  stałoprądowy,  jak 

na rysunku (rys.

β

). Uzyskujemy natychmiast, że 

U

CC

=5V. 

 

Wyliczone  nieco  wcześniej  napięcie  u

C

(t)  za-

wiera  tylko  składnik  stały  (5V)  i  składnik  sinuso-
idalny, o pulsacji 1Mrad/s. Tylko tego typu skład-
niki może zawierać zatem prąd induktora i źródła

3

Oznacza  to,  że  w  rozważanym  obwodzie  (rys. 

α

wszystkie napięcia i wszystkie prądy są postaci: 

x

(t) = x

stałe 

X

m

cos(10

6

t

+

ψ

). 

Takiej postaci jest zatem również SEM źródła na-
pięciowego, czyli 

                                                 

1

 

Objaśnia się, iż zapis „

ϕ ” znaczy tyle samo, co „exp(j

ϕ)”

 

2

  Z zasady superpozycji, skutek działania źródła e(t) możemy traktować jako sumę skutków działania źródeł 

e

stałe

 i e

zmienne

, bo e(t)=e

stałe

+e

zmienne

(t) i badany obwód jest liniowy. 

3

 Gdyby prąd induktora zawierał jakiś dodatkowy składnik, na innej  pulsacji, powiedzmy 

ω

x

, to  wywołałby  on 

napięcia na R

2

 i L, o tej samej pulsacji, ale przesunięte o 90

o

 względem siebie, zatem o niezerowej sumie i róż-

nicy, chyba, że  oba  byłyby zerowe. Jednak suma tych napięć powinna się zerować (bo tego typu napięcie  na 
pojemności C, domykającej cykl, jest zerowe). Pozostaje więc przyjąć, że oba z napięć o pulsacji 

ω

x

 (to na R

2

 i 

to na L), są zerowe. Wtedy muszą być zerowe wszystkie prądy o tej pulsacji, bowiem prąd płynący przez opór 
i źródło  jest,  na  podstawie PPK, algebraiczną sumą prądu  płynącego przez induktor  i  kondensator, a  żaden  z 
nich nie zawiera składnika o pulsacji 

ω

x

R

R

C

 

L

 

e

(t)

 

i

(t)

 

Rys

α

 

R

1

=10

Ω 

R

2

=10

 

10V

 

U

CC

 

Rys. 

β

 

(

)

(

)

6

6

6

10

10

10

6

6

10

10

2

6

6

10

10

2

x

t

x

t

C

o

o

C

C

t

C

o

C

d

d

t

o

C

τ ϕ

ξ

ϕ

ϕ

π

τ

ξ ϕ

ϕ

π

τ

ξ

ϕ

+

=

=

+

=

+

=

+

=

=

=

background image

Zadania z Przedmiotu Technika Analogowa 

Analiza wskazowa 11-20

 

© C. Stefański 

 
 

2_Zadania11_20.doc 

12/24 

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

e

(t)=10V+E

m

cos(10

6

t

+

ϕ

). 

Skoro  wiemy  już,  że  e

zmienne

(t)=  E

m

cos(10

6

t

+

ϕ

),  możemy  wyznaczyć  składnik  prądu  i(t)  po-

chodzący  od  działania  składowej  zmiennej 
ź

ródła  e(t).  Narysujmy  odpowiedni  obwód 

dla  wskazów  (rys. 

γ

).  Na  tym  schemacie 

uwzględniono pewne wnioski z danych zada-
nia,  a  także  rezultaty  wcześniejszych  obli-
czeń. Przede wszystkim uwzględniono, że 

6

9

2

1

1

j

j10 10 10

j10   [ ]

C

C

Z

ω

=

=

= −

Ω  

i   

6

6

j

j10 10 =j  [ ]

L

Z

L

ω

=

=

Ω . 

 
Ustawiamy równanie PPK dla górnego węzła:  

1

1

1

2

100

10

j100

10+j

5

10

m

C

E

ϕ

ϕ

π

+

+

=

Rozwiązanie tego równania daje: 

400010

101

2

125,865 [V]

m

E

=

1

C

2010

179.971

arctg

ϕ

ϕ π

=



Z warunków zadania wiemy też, że 

(0)

cos( )

(0) 10 10 10

0 [V]

zmienne

m

e

E

e

ϕ

=

=

=

=

,  

a stąd: 

cos( )

0  

   = arccos(0)=90

ϕ

ϕ

=

±



Spośród dwóch

1

 przebiegów spełniających warunki zadania wybierzmy, dla ustalenia uwagi, 

następujący: 

6

( ) 125,865cos(10 t+90 ) [V]

zmienne

e

t



 
Wróćmy do obliczenia mocy. Przez opornik R

1

 (parz rys. 

β

) płynie składnik stały i

=,R

prądu 

i

R

1

(t); składnik ten wynosi 0,5 A. Płynie też składnik zmienny prądu, wymuszony przez na-

pięcie sinusoidalne, którego wskaz ma postać (patrz rys. 

γ

2

1

5

100

R

m

C

U

E

ϕ

ϕ

π

=

=

400010

2

1

101

2

5

2010

2

2

100

arctg

π

π

π

π

+ −

≈  

62,651 -89,9715



 [V]. 

Zatem składnik zmienny prądu na R

1

=10

Ω wynosi: 

i

~

,R1

(t)

≈6,27cos(10

6

t

-89,97

o

) A. 

Przepływ przez R

1

 składnika stałego i

=,R1

 prądu i

R

1

(t) powoduje wydzielenie się na tym opor-

niku mocy: 

, 1

, 1

, 1

0, 5 10 0, 5

2, 5 [W]

R

R

R

P

u

i

=

=

=

=

=

=

Przepływ przez R

1

 składnika zmiennego i

~,R1

(t) prądu i

R

1

(t) powoduje wydzielenie się na tym 

oporniku mocy: 

*

1

1

1

1

~, 1

2

2

Re(

)

Re(62,651 -89.9715 6,2651 89.9715 ) 196,257 [W]

R

R

R

P

U

I

=





   

(wp)

 

Z twierdzenia Parsevala wynika, że całkowita moc wydzielona na oporniku R

1

 wyniesie

1

                                                 

1

 Możemy przyjąć, że 

ϕ≈-90+k

.

360

o

 lub 

ϕ≈90

o

+k

.

360

o

, gdzie k jest dowolną liczbą całkowitą. Ponieważ uzyska-

ne przebiegi są okresowe, więc np. każdy z zapisów cos(

ωt-90

o

+k

.

360

o

) przedstawia ten sam przebieg, niezależ-

nie od wartości całkowitego k. Mamy więc ostatecznie tylko dwa różne przebiegi spełniające warunki zadania. 
Są one tylko względem siebie przesunięte w fazie o 180

o

. (W zakresie kąta głównego mamy też tylko dwa roz-

wiązania na 

ϕ.) 

10 

10 

-j10

 

    j

 

m

E

ϕ

 

2
5

2

C

π

ϕ −

 

Rys

γ

 

2
5

100

C

ϕ

π

 

background image

Zadania z Przedmiotu Technika Analogowa 

Analiza wskazowa 11-20

 

© C. Stefański 

 
 

2_Zadania11_20.doc 

13/24 

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

P

R

1

=P

=,R1

+P

~,R1

≈2,5+196,257=198,507 [W]. 

 
 

Przedstawione powyżej rozwiązanie jest przeprowadzone z dużą precyzją. Poniżej przed-

stawimy  szybki,  przybliżony  sposób  rozwiązania,  zakładający,  że  przy  sumowaniu  dwóch-
trzech liczb składnik, którego moduł jest przynajmniej dziesięciokrotnie większy od modułów 
pozostałych składników, stanowi przybliżoną wartość tej sumy. 
 

Na podstawie warunków zadania przyjmiemy

2

, że 

e

(t)= e

stałe

+e

zmienne

(t)= 

10+e

sin

(t)=

6

10

cos(10

) [V]

m

E

t

ϕ

+

+

Najpierw przeanalizujemy obwód dla składowej 
zmiennej  pobudzenia.  Rysujemy  schemat  dla 
wskazów  (rys. 

δ

). Z  dzielnika  napięciowego 

szybko obliczamy, że 

10

10 10

2

m

C

m

E

U

E

ϕ

ϕ

=

+

bo 

(10+j)||(-100j)

≈10||(-100j)≈10. 

Z dzielnika napięciowego obliczamy, że 

1

2

j100

200

2

C

m

m

C

C

E

E

U

I

Z

π

ϕ

ϕ

=

=

+

Z warunków zadania mamy, że 

,

2

200

5

m

m C

E

I

=

  i 

2

2

arg(

)

C

C

I

π

π

ϕ

ϕ

=

− ≈

+  

czyli 

2
5

200

126 [V]

m

E

 oraz 

C

ϕ

ϕ π

Skoro (z warunków zadania)  

e

(0)=10 

to  

e

sin

(0)=E

m

cos(

ϕ

)=0, 

= arccos(0)= 90

ϕ

±

±



Zatem 

e

(t

≈10+126cos(10

6

t

±90

o

). 

 

Moc na R

1

 od składowej stałej wyniesie (obliczenia dokładne; patrz rys. 

β

, 1

, 1

, 1

0, 5 10 0, 5

2, 5 [W]

R

R

R

P

u

i

=

=

=

=

=

=

,  

zaś od składowej zmiennej otrzymamy moc (obliczenia przybliżone; patrz rys. 

δ 

; por. z 

(wp)

*

126

126

1

1

1

1

~, 1

2

2

2

20

Re(

)

Re(

90

90 ) 198, 45 [W]

R

R

R

P

U

I

=

±

=





                                                                                                                                                       

1

 Poniższe sumowanie mocy nie oznacza, że do mocy stosujemy zasadę superpozycji (do mocy takiej zasady nie 

wolno stosować!!!) – to sumowanie jest dozwolone, bo przebiegi stały i sinusoidalny są ortogonalne, co po-
zwala zastosować twierdzenie Parsevala. 

2

 Skoro pewien prąd w liniowym obwodzie jest sinusoidalny, to spodziewamy się wymuszającego go składnika 

sinusoidalnego w pobudzeniu. Precyzyjniej sprawa była dyskutowana wcześniej. 

10 

10 

-j10

 

    j

 

m

E

ϕ

 

I

C

 

Rys

δ

 

             U

C

 

background image

Zadania z Przedmiotu Technika Analogowa 

Analiza wskazowa 11-20

 

© C. Stefański 

 
 

2_Zadania11_20.doc 

14/24 

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

Zadanie 18

1

 

 

Liniowy układ elektryczny jak na rysunku pobudzono ze źródła e(t) napięcia sinusoidal-

nego  o  regulowanej  częstotliwości.  Badano  zależności  odpowiedzi  u

1

(t), u

2

(t),  u

3

(t)  oraz  i(t

od częstotliwości kątowej (pulsacji) 

ω

=2

πf. Oblicz następujące wielkości

2, 3, 4

a)

  U

1

(j

ω

), U

2

(j

ω

), U

3

(j

ω

), I(j

ω

), 

b)

  H

e

,u1

(j

ω

), H

 u

1,u2

(j

ω

), H

 u

2,u3

(j

ω

), H

e

,u3

(j

ω

), H

u

1,i

(j

ω

), H

e

,i

(j

ω

),  

c)

  u

3

(t), gdy znane są e(t)=10cos(10t) i H

e

,u3

(j

ω

), 

d)

  u

2

(t), gdy znane są e(t)= cos(1000t+

π

/6), H

e

,u3

(j

1000) i H

 u

2,u3

(j

1000), 

e)

  i(t), gdy znane są e(t)= 0,10cos(10

5

t

+

π

/2), H

e

,i

(j

10

5

), 

f)

  i(t), gdy znane są e(t)= 5cos(10

6

t

+

π

/3), H

e

,u1

(j

ω

) i H

u

1,i

(j

ω

Rozwiązanie 
a)  
Wydaje  się,  że  dość  sprawnie  wyznaczymy  wielkości,  które  wymieniono  w  podpunk-
cie a), stosując analizę węzłową. Dla porządku narysujemy schemat wskazowy, potem zapi-
szemy macierzowe równanie węzłowe, a następnie je rozwiążemy. 

 

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

2

1

1

1

1

3

6

1

1

1

j

-j

0

j

j

( j )

( j )

-j

j

0, 01j

0, 05

0

( j )

0

j

j

( j )

0

0

10 j

0, 0

0

05

, 05

C G

C G

G

G

C

G

C

U

G E

C G

C G

C

G

U

G

C

G

C

U

C

G

G

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

+

+

+

 

 

+

+

=

+

+

 

+

 

                                                 

1

 

Objaśnia się, iż zapis „

ϕ ” znaczy tyle samo, co „exp(j

ϕ)”

 

2

 Umawiamy się, dla wygody notacji, że przez X(j

ω) oznaczać będziemy amplitudę zespoloną (wskaz nierucho-

my) przebiegu sinusoidalnego x(t)=X

m

(

ω)cos(ωt+ϕ(ω)), gdy ten przebieg ma pulsację ω (od której mogą zale-

ż

eć  amplituda  X

m

  i  faza 

ϕ);  tak  przyjęty  zapis  można  rozumieć  jako  przyporządkowanie  przebiegowi  czaso-

wemu  X

m

(

ω)cos(ω

 

t+

ϕ(ω))  o  parametrze ω  liczby  zespolonej  X(jω),  będącej  amplitudą  zespoloną  tego  prze-

biegu. 

3

  Przez  H

x,y

(j

ω)  oznaczamy  stosunek 

( j )

( j )

Y

X

ω

ω

  amplitud  zespolonych  Y(j

ω)  i  X(jω)  sygnałów  sinusoidalnych 

y

(t)=Y

m

(

ω)cos(ω

 

t+

ψ(ω)) i x(t)=X

m

(

ω)cos(ωt+ϕ(ω)) występujących w badanym układzie.  

 

4

 Gdy indeksy x oraz y w oznaczeniu funkcji H

x,y

(j

ω) określają lokalizację jedynego pobudzenia x oraz wybranej 

odpowiedzi y w układzie oraz typ pobudzenia i odpowiedzi (np. napięciowy, prądowy), wtedy funkcja H

x,y

(j

ω) 

zmiennej 

ω nosi  nazwę  charakterystyki  częstotliwościowej  badanego  układu  (przy  pobudzeniu  x  i  odpowie-

dzi y).  Angielska  nazwa  tej  funkcji  to  frequency  response  (czyli  odpowiedź  częstotliwościowa).  Dlatego  cza-
sem będziemy mówić o odpowiedzi częstotliwościowej, mając na myśli charakterystykę częstotliwościową. 

u

1

(t)

 

u

2

(t)

 

u

3

(t)

 

e

(t) [V] 

G

1

=0,02S 

G

g

=G

G

2

=0,05G

G

3

=0,005G

C

1

=10

µF 

C

2

=0,01C

C

3

=10

-6

C

1

 

g

m

u

2

(t

g

m

=0,05G

1

 

i

(t)

 

U

1

(j

ω)

 

U

2

(j

ω)

 

U

3

(j

ω)

 

E

(j

ω) 

G

1

=0,02S 

G

g

=G

G

2

=0,05G

G

3

=0,005G

j

ωC

1

= j

ω

.

10

-5

 [S] 

j

ωC

2

=0,01j

ωC

j

ωC

3

=10

-6

 j

ωC

1

 

g

m

U

2

(j

ω) 

g

m

=0,05G

1

 

I

(j

ω)

 

background image

Zadania z Przedmiotu Technika Analogowa 

Analiza wskazowa 11-20

 

© C. Stefański 

 
 

2_Zadania11_20.doc 

15/24 

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

Kontynuujemy obliczenia. Mamy kolejno zapisy równoważne: 

5

5

5

5

1

5

5

5

2

5

5

3

6

5

j

10

0, 02

-j

10

0, 02

0, 02

0

0, 02

j

10

0, 02

j

10

( j )

-j

10

0, 02

j

10

0, 02

0, 01 j

10

0, 05 0, 02

0

( j )

0, 02

j

10

0, 02

j

10

( j )

0

10 j

10

0, 0

0, 0

05 0,

5

02

0, 02

U

U

U

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

+

+

+

 

+

+

+

+

+

0, 02

( j )

0

0

E

ω

=

7

7

5

5

1

7

7

7

3

2

5

5

3

1

3

1

4

j

10

2

-j

10

2

0, 02

0

0, 02

j

10

0, 02

j

10

( j )

0, 02

( j )

-j

10

2

j

10

2

j

10

10

0

( j )

0

0, 02

j

10

0, 02

j

10

10

( j )

0

0

j

10

10

U

E

U

U

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

+

+

+

 

 

+

+

=

+

+

 

+

7

3

7

7

3

1

7

1

3

2

7

3

2

11

4

3

4 10 (10

j )

-j

10

2

0

( j )

2 10

(2 10

j )

( j )

-j

10

2

10

(2 10

j (212 10

j ))

0

( j )

0

0

j

10

1

10

0

( j )

0

U

E

U

U

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

 

+

+

 

+

+

=

 

 

+

 

3

3

1

5

7

3

2

7

3

2 (10

j )

-j

0

( j )

(2 10

j )

( j )

-j

2

10 (2 10

j (212 10

j ))

0

( j )

0

0

j

1

1

j

1

0

0

(

)

0

U

E

U

U

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

 

+

+

 

+

+

=

 

 

+

 

Wykorzystujemy wyznaczniki do rozwiązania powyższego równania. 

3

5

7

3

12

7

3

7

5

7

2 (10

j )

-j

0

det

-j

2

10 (2 10

j (212 10

j ))

0

2 10

(10

j )(2 10

j )(10

j (1,11 10

j )))

10

0

j

10

1

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

+

+

+

 = ⋅

+

+

+

+

+

 

3

5

7

3

7

12

7

3

7

5

(2 10

j )

( j )

-j

0

det

0

10 (2 10

j (212 10

j ))

0

0

j

10

1

10

( j

10 )(2 10

j ) (2 10

j (2,12 10

j ))

10

( j )

E

E

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

+

+

+

 =

+

+

+

+

+

 

3

3

7

3

7

2 (10

j )

(2 10

j )

( j )

0

det

-j

2

0

0

j

2 ( j

10

1) (2 10

j )

( j )

0

0

j

10

1

E

E

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

+

+

 =

⋅ ⋅

+ ⋅

+

+

 

3

3

5

7

3

2 (10

j )

-j

(2 10

j )

( j )

det

-j

2

10 (2 10

j (212 10

j ))

0

20 j (2000

j )

( j )

0

1

0

0

E

E

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

+

+

+

+

 =

+

 

Zatem 

7

5

1

7

5

2 10

j (2,12 10

j )

( j )

( j )

2 (10

j (1,11 10

j )))

U

E

ω

ω

ω

ω

ω

ω

+

+

=

+

+

 

5

2

7

5

10 j

( j )

( j )

10

j (1,11 10

j ))

U

E

ω

ω

ω

ω

ω

=

+

+

 

13

3

7

7

5

10

j

( j )

( j )

(10

j )(10

j (1,11 10

j )))

U

E

ω

ω

ω

ω

ω

ω

=

+

+

+

 

9

3

1

3

3

3

7

7

5

10

j

( j )

( j )

( j ) 0, 005

( j ) 0, 005 0, 02

( j )

(10

j )(10

j (1,11 10

j )))

I

U

G

U

G

U

E

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

=

=

=

=

+

+

+

 

b)  Po wyznaczeniu wszystkich wielkości punktu a) zadania, przechodzimy do wyznaczenia 
funkcji wymienionych w punkcie b). Łatwo znajdujemy: 

7

5

1

, 1

7

5

( j )

2 10

j (2,12 10

j )

( j )

( j )

2 (10

j (1,11 10

j )))

e u

U

H

E

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

+

+

=

=

+

+

background image

Zadania z Przedmiotu Technika Analogowa 

Analiza wskazowa 11-20

 

© C. Stefański 

 
 

2_Zadania11_20.doc 

16/24 

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

5

7

5

7

5

7

5

10 j

5

( j )

10

j (1,11 10

j ))

2

1, 2

7

5

2 10

j ( 2,12 10

j )

( j )

1

2 (10

j (1,11 10

j )))

( j )

2 10 j

( j )

( j )

2 10

j (2,12 10

j )

E

u u

E

U

H

U

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

+

+

+

+

+

+

=

=

=

+

+

13

7

7

5

5

7

5

10

j

8

( j )

(10

j )(10

j (1,11 10

j )))

3

2, 3

7

10 j

( j )

2

10

j (1,11 10

j ))

( j )

10

( j )

( j )

10

j

E

u

u

E

U

H

U

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

+

+

+

+

+

=

=

=

+

13

3

, 3

7

7

5

( j )

10

j

( j )

( j )

(10

j )(10

j (1,11 10

j )))

e u

U

H

E

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

=

=

+

+

+

9

7

7

5

7

5

7

5

10 j

9

( j )

(10

j )(10

j (1,1110

j )))

1,

7

7

5

2 10

j ( 2,12 10

j )

( j )

1

2 (10

j (1,1110

j )))

( j )

2 10

j

( j )

( j )

(10

j )(2 10

j (2,12 10

j ))

E

u i

E

I

H

U

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

+

+

+

+

+

+

+

=

=

=

+

+

+

9

,

7

7

5

( j )

10

j

( j )

( j )

(10

j )(10

j (1,11 10

j )))

e i

I

H

E

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

=

=

+

+

+

 

Funkcje 

, 1

( j )

e u

H

ω

,

, 3

( j )

e u

H

ω

,

,

( j )

e i

H

ω

  są  charakterystykami  częstotliwościowymi  układu 

zadania, gdy pobudzeniem jest e(t), a odpowiedzią odpowiednio u

1

(t), u

3

(t) oraz i(t). 

 

Funkcje 

1, 2

( j )

u u

H

ω

1,

( j )

u i

H

ω

 są charakterystykami  częstotliwościowymi  części układu  za-

dania na  prawo  od  węzła 

, gdy pobudzeniem jest u

1

(t),  a  odpowiedzią odpowiednio  u

2

(t), 

oraz  i(t).  W  tych  warunkach  rolą  części  układu  na  lewo  od  zacisku 

  (czyli  rzeczywistego 

ź

ródła  napięciowego  {e(t),1/G

g

})  jest  pobudzenie  prawej  części  układu  (dzięki  temu  źródłu 

pojawia się pewne u

1

(t)) na wrotach wejściowych badanej części układu).  

 

Funkcja 

2, 3

( j )

u

u

H

ω

  jest  charakterystyką  częstotliwościową  fragmentu  układu  zadania  na 

prawo od węzła 

, gdy pobudzeniem jest u

2

(t), a odpowiedzią u

3

(t). W tych warunkach rolą 

fragmentu układu na lewo od zacisku 

 (jest to dość skomplikowany fragment, ale dający się 

zastąpić pewnym źródłem Thevenina) jest pobudzenie badanego fragmentu układu.  
 

W praktyce pomiarowej sygnał pobudzenia jest podawany z rzeczywistego generatora, co 

odpowiada opisanej nieco wyżej sytuacji wyznaczania funkcji 

1, 2

( j )

u u

H

ω

 i 

1,

( j )

u i

H

ω

 

 

 

Poniżej zamieszczono wykreślone w skali liniowo-logarytmicznej moduły charakterystyk 

częstotliwościowych (lewa kolumna; oś pionowa w decybelach, oś pozioma w log

ω

) i argu-

menty charakterystyk częstotliwościowych (prawa kolumna; oś pionowa w stopniach, oś po-
zioma w log

ω

)

1

, 1

( j )

e u

H

ω

 

-2

2

4

6

8

10

-6

-5

-4

-3

-2

-1

 

-2

2

4

6

8

10

-17.5

-15

-12.5

-10

-7.5

-5

-2.5

 

 
 

 

                                                 

1

 

Stosunek amplitud napięć (amplitud prądów) możemy wyrażać w decybelach. Mówimy, że U

m

2

/U

m

1

 wynosi x decybeli, gdy 

spełniony jest związek x=20log(U

m

2

/U

m

1

). Przykładowo, gdyby przyjąć, że punkt o współrzędnych (9,-6) leży na pierwszym 

z wykresów w lewej kolumnie wykresów, znaczyłoby to, że dla pulsacji 

ω

=10

 [rad/s] zachodzi 20log(|H

e

,u1

(j

ω

)|)=-6 [dB], 

czyli |H

e

,u1

(j

10

9

)|=10

-6/20

 [V/V]. Tak naprawdę, ponieważ punkt ten nie leży na tym wykresie, ale jest położony bardzo blisko 

niego, śmiało możemy napisać, że |H

e

,u1

(j

10

9

)|

≈10

-6/20

 

≈0.501 [V/V].

 

background image

Zadania z Przedmiotu Technika Analogowa 

Analiza wskazowa 11-20

 

© C. Stefański 

 
 

2_Zadania11_20.doc 

17/24 

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

1, 2

( j )

u u

H

ω

 

-2

2

4

6

8

10

-80

-60

-40

-20

 

-2

2

4

6

8

10

-75

-50

-25

25

50

75

 

 
 

2, 3

( j )

u

u

H

ω

 

-2

2

4

6

8

10

-40

-30

-20

-10

10

20

 

-2

2

4

6

8

10

-80

-60

-40

-20

 

 
 

, 3

( j )

e u

H

ω

 

-2

2

4

6

8

10

-125

-100

-75

-50

-25

 

-2

2

4

6

8

10

-150

-100

-50

50

 

 
 

1,

( j )

u i

H

ω

 

-2

2

4

6

8

10

-200

-175

-150

-125

-100

 

-2

2

4

6

8

10

-150

-100

-50

50

 

 

background image

Zadania z Przedmiotu Technika Analogowa 

Analiza wskazowa 11-20

 

© C. Stefański 

 
 

2_Zadania11_20.doc 

18/24 

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

,

( j )

e i

H

ω

 

-2

2

4

6

8

10

-200

-175

-150

-125

-100

-2

2

4

6

8

10

-150

-100

-50

50

 

 
c)   Przejdźmy do wyznaczenia u

3

(t), gdy znane jest e(t)=10cos(10t) i H

e

,u3

(j

ω

). 

 

Obliczamy amplitudę zespoloną E(j10) przebiegu e(t)=10cos(10t) [V].  

Mamy 

E

(j10)=10. 

Pamiętamy, że było 

13

3

, 3

7

7

5

( j )

10

j

( j )

( j )

(10

j )(10

j (1,11 10

j )))

e u

U

H

E

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

=

=

+

+

+

,  

skąd wynika, że 

13

3

, 3

7

7

5

( j10)

10

j10

( j10)

0,109652 + 0,987838 j

0,993906 0,464811

( j10)

(10

j10)(10

j10(1,11 10

j10)))

e u

U

H

E

π

=

=

+

+

+

To z kolei oznacza, że  

, 3

3

( j10)

( j10)

( j10)

0,993906 0,464811

10

9,93906 0,464811

e u

U

H

E

π

π

=

=

Zatem 

u

3

(t)

≈9,94cos(10t+0,465

π

) [V]. 

d)  Przejdźmy do wyznaczenia u

2

(t), gdy znane jest  

e

(t)= cos(1000t+

π

/6), H

e

,u3

(j

1000) i H

 u

2,u3

(j

1000). 

Obliczamy amplitudę zespoloną E(j1000) przebiegu e(t)= cos(1000t+

π

/6) [V]. Mamy 

E

(j1000)=1|

π

/6 . 

Pamiętamy, że było 

3

, 3

( j )

( j )

( j )

e u

U

H

E

ω

ω

ω

=

 i 

3

2, 3

2

( j )

( j )

( j )

u

u

U

H

U

ω

ω

ω

=

przy czym te charakterystyki były wyznaczane poprzez analizę tej samej struktury (czyli przy 
nie zmienianych warunkach obciążania poszczególnych pobudzanych i badanych wrót), dzię-
ki czemu możemy wnioskować stąd, że  

3

3

2

( j )

, 3

( j )

2

( j )

2, 3

( j )

( j )

( j )

( j )

( j )

U

e u

E

U

u

u

U

H

U

H

E

ω

ω

ω
ω

ω

ω

ω

ω

=

=

czyli, że 

, 3

2

2, 3

( j )

( j )

( j )

( j )

e u

u

u

H

U

E

H

ω

ω

ω

ω

=

Zatem 

, 3

, 3

, 3

2

2, 3

2, 3

2, 3

, 3

, 3

2, 3

2, 3

( j1000)

( j1000)

( j1000)

( j1000)

( j1000)

arg

1

( j1000)

( j1000)

( j1000)

6

( j1000)

( j1000)

arg

( j1000) 6

( j1000)

e u

e u

e u

u

u

u

u

u

u

e u

e u

u

u

u

u

H

H

H

U

E

H

H

H

H

H

H

H

π

π

=

=

=

+

 

Już łatwo odpowiadamy, że 

background image

Zadania z Przedmiotu Technika Analogowa 

Analiza wskazowa 11-20

 

© C. Stefański 

 
 

2_Zadania11_20.doc 

19/24 

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

, 3

, 3

2

2, 3

2, 3

( j1000)

( j1000)

( )

cos 1000

arg

( j1000)

6

( j1000)

e u

e u

u

u

u

u

H

H

u t

t

H

H

π

=

+

+

 
e) 
Przejdźmy do wyznaczenia i(t), gdy znane są e(t) = 0,10cos(10

5

t

+

π

/2) oraz H

e

,i

(j

10

5

). 

Obliczamy amplitudę zespoloną E(j10

5

) przebiegu e(t) = 0,10cos(10

5

t

+

π

/2)  [V].  

Mamy 

E

(j10

5

)=0,10|

π

/2. 

Pamiętamy, że było 

,

( j )

( j )

( j )

e i

I

H

E

ω

ω

ω

=

,  

czyli też 

5

5

,

5

( j10 )

( j10 )

( j10 )

e i

I

H

E

=

To z kolei oznacza, że  

5

5

5

5

5

5

5

,

,

,

,

,

2

2

( j10 )

( j10 )

( j10 )

( j10 ) arg(

( j10 ) 0,10

0,10

( j10 )

arg(

( j10 )

e i

e i

e i

e i

e i

I

H

E

H

H

H

H

π

π

=

=

=

+

Zatem 

(

)

5

5

5

,

,

2

( )

0,10

( j10 ) cos 10

arg(

( j10 )

e i

e i

i t

H

t

H

π

=

+ +

f)  Przejdźmy wreszcie do wyznaczenia i(t), gdy znane są  

e

(t)= 5cos(10

6

t

+

π

/3), H

e

,u1

(j

ω

) i H

u

1,i

(j

ω

). 

Obliczamy amplitudę zespoloną E(j10

6

) przebiegu e(t)=5cos(10

6

t

+

π

/3) [V].  

Mamy 

E

(j10

6

)=5|

π

/6 . 

 

Pamiętamy, że było 

1

, 1

( j )

( j )

( j )

e u

U

H

E

ω

ω

ω

=

 i 

1,

1

( j )

( j )

( j )

u i

I

H

U

ω

ω

ω

=

przy czym te charakterystyki były wyznaczane poprzez analizę tej samej struktury (czyli przy 
nie zmienianych warunkach obciążania poszczególnych pobudzanych i badanych wrót), dzię-
ki czemu możemy wnioskować stąd, że  

1

, 1

1,

1

( j )

( j )

( j )

( j )

( j )

( j )

( j )

( j )

e u

u i

U

I

I

H

H

E

U

E

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

=

=

czyli, że 

, 1

1,

( j )

( j )

( j )

( j )

e u

u i

I

H

H

E

ω

ω

ω

ω

=

 

Aby obliczyć I(j10

6

), potrzebujemy wartości liczbowych dla 

6

, 1

( j10 )

e u

H

 i 

6

1,

( j10 )

u i

H

.  

 

Mamy 

6

, 1

6

7

5

7

5

( j10 )

0,505532 - 0.0498864j

0,507988 -0,0313097

10

2 10

j (2,12 10

j )

2 (10

j (1,1110

j )))

e u

H

π

ω

ω

ω

ω

ω

=

=

+

+

+

+

9

6

1,

7

7

5

6

2 10

j

( j10 )

0,0000212255- 0,000193524j

0,000194684 -0,465227

(10

j )(2 10

j (2,12 10

j ))

10

u i

H

ω

π

ω

ω

ω

ω

=

+

+

+

=

Teraz już możemy napisać 

6

6

6

6

, 1

1,

6

-3

-3

1

6

3

( j10 )

( j10 )

( j10 )

( j10 )

0,507988 -0,0313097

0,000194684 -0,465227

5 |  

0,494487 10

0,496537

0, 5 10 -

e u

u i

I

H

H

E

π

π

π

π

π

π

=

 

Zatem 

6

1
3

( )

0, 5 cos(10

)  [mA]

i t

t

π

Łatwo sprawdzić rachunkowo, że 

background image

Zadania z Przedmiotu Technika Analogowa 

Analiza wskazowa 11-20

 

© C. Stefański 

 
 

2_Zadania11_20.doc 

20/24 

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

9

6

-6

4

,

7

7

5

6

10

j

( j10 )

98,8973 10 -0,496537

10

- /2

80dB - /2

(10

j )(10

j (1,11 10

j )))

10

e i

H

ω

π

π

π

ω

ω

ω

ω

=

= −

+

+

+

=

Z  ciekawości  ponownie  kreślimy  charakterystykę 

,

( j )

e i

H

ω

,  dla  polepszenia  dokładności  od-

czytu zawężając zakres odciętej, czyli log

ω

, do przedziału <3,7>. Odczytujemy, że  

6

,

( j10 )

80dB -90

e i

H

≈ −



4

5

6

7

-100

-80

-70

-60

 

4

5

6

7

-120

-100

-80

-60

-40

-20

 

Oznacza  to,  że  na  pulsacji  10

6

  rad/s  liczbowo  amplituda  sygnału  i(t)  powinna  być  o  około 

80dB mniejsza od amplitudy sygnału e(t)

 1

, zaś faza sygnału i(t) winna być mniejsza o około 

90

o

  od  fazy  sygnału  e(t).  Biorąc  pod  uwagę,  że  -80dB  odpowiada  stosunkowi  wynoszące-

mu 10

-4

, możemy napisać: 

4

4

6

3

6

1

1

1

6

2

3

 faza pomniejszona o  90

( )

( )

10

10

5cos(10

)

0,5 10 cos(10

)

1A

1V

i t

e t

t

t

π

π

π

=

+

=



 

Jak  widać,  korzystając  z  porządnych  wykresów  charakterystyk  częstotliwościowych, 

można  sprawnie  wyznaczyć  (przybliżoną)  odpowiedź  na  znane  pobudzenie  (o  znanej pulsa-
cji). 

 
 
 
 

                                                 

1

 Ponieważ amplituda E

m

 napięcia e(t) jest mierzona w woltach, zaś amplituda I

m

 prądu i(t) w amperach, więc 

liczba niemianowana E

m

/1V jest o około 80dB mniejsza od liczby niemianowanej I

m

/1A. Innymi słowy 

1A

1V

:

80dB

m

m

I

E

= −

 lub równoważnie 

(

)

1A

1V

20log

:

80

m

m

I

E

= −

background image

Zadania z Przedmiotu Technika Analogowa 

Analiza wskazowa 11-20

 

© C. Stefański 

 
 

2_Zadania11_20.doc 

21/24 

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

Zadanie 19

1

 

 

Zaprojektuj sondę oscyloskopową, tłumiącą dziesięciokrotnie sygnał wejściowy, przysto-

sowaną  do  oscyloskopu  o  impedancji  wejściowej  modelowanej  równoległym  połączeniem 
oporu  1MW i  pojemności  20pF.  Przyjmij,  że  przewód  sondy  ma  pojemność  100pF  oraz,  że 
sonda  jest  podłączona  do  jednego  z  końców  przewodu,  a  drugi  jest  podłączony  do  wejścia 
oscyloskopu.  Ponadto  wyznacz  impedancję  połączenia  sonda-oscyloskop  z  punktu  widzenia 
układu  mie-
rzonego. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Rozwiązanie 
Projekt  oprzemy  na  idei  napię-
ciowego  dzielnika  skompenso-
wanego  RC  o  strukturze  poka-
zanej  na  poniższym  rysunku. 
Przedstawiona  na  nim  pojem-
ność  C

2

  modeluje  wypadkową 

pojemność  kabla  i  oscylosko-
pu, czyli: 

C

2

=100pF+20pF. 

Jest jasne, iż 

2

2

1

1

2

2

1

j

1

1

j

j

G

C

o

G

C

G

C

U

U

ω

ω

ω

+

+

+

=

+

Przyjmując, że  

1

1

2

2

G

C

k

G

C

=

=  

otrzymujemy: 

1

1

1

1

o

k

k

U

U

U

k

=

=

+

+

Wymaganie projektu, by 

1

10

o

U

U

=

 

będzie spełnione przy  

1
9

k

= . 

Wtedy impedancja widziana z igły sondy (ściślej widziana z pary zacisków {igła sondy, ma-
sa}) wynosi: 

                                                 

1

 

Objaśnia się, iż zapis „

ϕ ” znaczy tyle samo, co „exp(j

ϕ)”

 

20pF

 

1M

 

Z

we

=

∞ 

Wzmacniacz odchylania 

pionowego

 

100pF

 

Oscyloskop

 

Kabel

 

Sonda

 

C

C

R

R

 

u

(t

 
 

 

u

o

(t

 
 
U

 

background image

Zadania z Przedmiotu Technika Analogowa 

Analiza wskazowa 11-20

 

© C. Stefański 

 
 

2_Zadania11_20.doc 

22/24 

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

bezsondy

1

2

2

1

1

2

2

2

2

1

1

1

1

(1

) 10

10

j

j

j

j

we

we

k

Z

Z

G

C

G

C

G

C

G

C

ω

ω

ω

ω

=

+

=

+

=

=

+

+

+

+

gdzie 

bezsondy

2

2

1

j

we

Z

G

C

ω

=

+

Dzięki  użyciu zaprojektowanej  sondy  impedancja  wejściowa „wzrasta”

1

  dziesięciokrotnie w 

stosunku do sytuacji bez sondy (czyli w stosunku do impedancji układu kabel-wejście oscylo-
skopu; kabel jest konieczny do doprowadzenia sygnału do oscyloskopu). 
Zauważmy, że Z

we

 zależy od pulsacji: 

7

6

12

5

1

10

10

  [ ]

10

j

120 10

1 j

12 10

we

Z

ω

ω

=

=

+

+

Gdy 

5

12 10

1

ω

<<  możemy uważać, że Z

we

 nie zależy od pulsacji (np. 

5

12 10

0,1

ω

<

 mo-

ż

e  nas  zadowalać  w  tym  względzie;  wtedy 

4

rad

1

12

s

5

0,1

10  [

]

12 10

ω

<

=

  lub  równoważnie 

4

10

133 [Hz]

24

f

π

<

).  

 
 

Dokończmy projektowanie.  

Ponieważ 

1

2

G

k

G

=  

to 

2

1
9

1

R

k

R

= = , 

czyli 

R

1

=9 M

Ω. 

Ponadto 

1

1
9

2

C

k

C

= = , 

więc 

1

1

1

2

9

9

120 [pF] 13,33 [pF]

C

C

=

= ⋅

Ostatecznie zaprojektowana sonda składa się z równolegle połączonych elementów: rezystora 
o oporności 9 M

Ω i kondensatora o pojemności 13,33 pF, przy czym, ponieważ trudno wy-

magać, by przy każdej zmianie kabla (taka zmiana powoduje zmianę wypadkowej pojemności 
C

2

) przeprojektowywać sondę, stosuje się kondensator o regulowanej pojemności. Zmieniając 

wartość pojemności tego kondensatora można dostroić sondę do aktualnie użytego kabla. 
 
 
 
 
 
 

                                                 

1

 Ściśle mówiąc wzrasta moduł impedancji, a argument nie zmienia się. 

9M

Ω 

13,33pF 

background image

Zadania z Przedmiotu Technika Analogowa 

Analiza wskazowa 11-20

 

© C. Stefański 

 
 

2_Zadania11_20.doc 

23/24 

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

Zadanie 20 
 

Zbadaj, czy poniższe struktury mogą pracować jako dzielniki skompensowane, czyli takie, 

dla których stosunek napięć wskazowych U

o

/U nie zależy od pulsacji. 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

Odp.:   

a)  tak, 

b)  tak, 

c)  nie, 

d)  nie. 

  
Rozwiązanie 
 

Struktura  dzielnika  w  każdym  z  przypad-

ków ma postać pokazaną obok.  
Zatem 

2

1

2

( j )

( j )

( j )

o

Z

U

U

Z

Z

ω

ω

ω

=

+

czyli 

2

1

2

( j )

( j )

( j )

o

Z

U

U

Z

Z

ω

ω

ω

=

+

Przyjmując, że  

Z

1

=k

.

Z

2

gdzie 

k

=const(

ω

), 

uzyskujemy 

2

2

2

( j )

1

( j )

( j )

1

o

Z

U

U

kZ

Z

k

ω

ω

ω

=

=

+

+

co oznacza, że w takim przypadku dzielnik byłby skompensowany. 
 
 

Dla przypadku a) mamy  

1

1

1

1

j

Z

R

C

ω

=

+

2

2

2

1

j

Z

R

C

ω

=

+

R

C

R

U

 

C

U

o

 

a) 

R

C

R

U

 

C

U

o

 

c) 

L

C

L

U

 

C

U

o

 

b) 

R

L

R

U

 

C

U

o

 

d) 

Z

1

(j

ω

Z

2

(j

ω

U

 

U

o

 

 

background image

Zadania z Przedmiotu Technika Analogowa 

Analiza wskazowa 11-20

 

© C. Stefański 

 
 

2_Zadania11_20.doc 

24/24 

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

Wystarczy zatem, by  

R

1

=k

.

R

2

  i  1/C

1

=k/C

2

 

 

 

 

Dla przypadku b) mamy  

1

1

1

1

j

j

Z

L

C

ω

ω

=

+

2

2

2

1

j

j

Z

L

C

ω

ω

=

+

Wystarczy zatem, by  

1/C

1

=k/C

2

  i  L

1

=

.

L

2

 
 

Można sprawdzić, że w przypadkach c) oraz d) kompensacja jest niemożliwa.