background image

 

- 1 - 

10.  STANY NIEUSTALONE W OBWODACH SLS 

 

10.1.  STAN NIEUSTALONY - WPROWADZENIE 

 

Rozpatrzmy układ SLS, na który działamy zdeterminowanym 

wymu-

szeniem x(t)

 określonym dla t

(-

,+

). 

Jeśli  interesuje  nas  funkcja  określonej  wielkości  fizycznej  w  tym 

układzie,  to  możemy  nazywać  ją 

odpowiedzią  r(t)

  układu  na  istniejące 

wymuszenie x(t) – rys.10.1. 
 

x t

 

( )

r t

 

( )

układ

SLS

  

Rys.10.1.

 

 

Dotychczas  rozpatrywaliśmy  obwody  w 

stanie  ustalonym

  -  co 

oznaczało,  że  moment  włączenia  źródła  wymuszającego  do  obwodu  był 
nieskończenie  odległy  od  momentu  obserwacji.  Wówczas  wszystkie  na-
pięcia  i  prądy  występujące  w  obwodzie  miały  ten  sam  charakter,  co  wy-
muszenie - rys.10.2. 
 

x t

 

( )

r t

 

( )

t

t

x t

 

( )

r t

 

( )

t

obs

t

obs

  

Rys.10.2.

 

background image

 

- 2 - 

Jeśli w jakimś momencie czasu (t

k

) nastąpi 

dowolna

 

zmiana warunków pracy układu 

zmiana sygnału wymuszaj

ą

cego

 (np. zmiana 

parametrów  sygnału,  w  tym  także  załączenia 
lub wyłączenia) 

zmiana  struktury  obwodu

  (np.  odłączenie  ele-

mentu, dołączenie elementu dodatkowego) 

zmiana parametrów obwodu 

 

to nowe warunki wymuszają oczywiście inną funkcję odpowiedzi układu, 
czyli inny stan ustalony. 
 

Przejście  od  jednego  stanu  ustalonego  do  drugiego  -  przejście  zapo-

czątkowane  w  chwili  komutacji  (t

k

)  -  trwa  pewien  określony  czas,  który 

nazywamy  czasem  trwania  stanu  nieustalonego  (t

)  a  stan  układu,  w któ-

rym  znajduje  się  on  w  przedziale  czasu  [t

k

,t

],  nazywamy 

STANEM 

NIEUSTALONYM

 

(odpowiedź  ma  charakter  różny  od  wymuszenia)  – 

rys.10.3. 

r t

 

( )

t

t

0 0

t

t

0 0

t =

k

0

r t

 

( )

t

k

stan

nieustalony

stan

nieustalony

I stan

ustalony

II stan

ustalony

II stan

ustalony

I stan

ustalony

  Rys.10.3.

 

Przyjmujemy  założenie,  że  czas  trwania  komutacji  jest  równy  zeru,  tzn. 
wszystkie zmiany odbywaj
ą się bezzwłocznie. 

KOMUTACA

 

background image

 

- 3 - 

10.2.  PRAWA KOMUTACJI, WARUNKI POCZ

Ą

TKOWE 

 

Komutacja  może  być  przyczyną  występowania  skokowych  zmian 

prądów i napięć w obwodzie. Istnieją jednak ograniczenia, którym podlega 
każdy obwód. Wynikają one z faktu, iż w realnych obwodach  moc chwi-
lowa nie może być nieskończenie wielka 

 

( )

( )

<

=

dt

t

W

d

t

p

 

(10.1) 

co  oznacza  ciągłość  funkcji  energii  –  ciągłość  ta  musi  występować  rów-
nież w chwili komutacji. 

Na  podstawie  zasady  ciągłości  energii  w  obwodzie  oraz  pamiętając, 

ż

e wartość energii nagromadzonej 

w polu magnetycznym cewki o in-
dukcyjności  L,  przez  którą  prze-
pływa prąd i

L

 wynosi (1.13) 

 

( )

( )

t

i

L

2

1

t

W

2

L

L

=

 

 

 

w  polu  elektrycznym  kondensatora 
o  pojemności  C,  naładowanego  do 
napięcia u

C

 wynosi (1.10) 

 

( )

( )

t

u

C

2

1

t

W

2

C

C

=

 

 

Możemy sformułować dwa prawa komutacji: 

Pierwsze prawo komutacji 

Prąd płynący przez cewkę nie mo-
ż

e  ulec  skokowej  zmianie,  co 

oznacza,  że  prąd  cewki  w  chwili 
tuż  przed  komutacją  równa  się 
prądowi tuż po komutacji 

 

( ) ( )

+

=

0

i

0

i

L

L

  (10.2) 

 

Drugie prawo komutacji 

Napięcie  na  kondensatorze  nie  mo-
ż

e  zmienić  się  skokowo,  co  ozna-

cza,  że  napięcie  na  kondensatorze 
w  chwili  tuż  przed  komutacją  jest 
równe napięciu tuż po komutacji 

 

( ) ( )

+

=

0

u

0

u

C

C

  (10.3) 

 

UWAGA:  Nie  ma  żadnych  przesłanek  wykluczających  skokowe  zmiany 

pozostałych  wielkości  w  obwodzie,  tzn.:  napięć  na  cewkach, 
prądów kondensatorów lub też prądów i napięć rezystorów. 

background image

 

- 4 - 

Zakładając,  że  chwilę  komutacji  uważać  będziemy  za  chwilę  począt-

kową  (t

K

=0)  analizy  obwodu  w  stanie  nieustalonym,  istotne  jest  wyzna-

czenie warunków początkowych procesu. 

Warunki pocz

ą

tkowe

 

stanowi zbiór wartości prądów w indukcyj-
nościach i napięć na pojemnościach  układu 
w  chwili  początkowej.  Warunki  początko-
we  określają  całkowitą  wartość  energii 
zgromadzonej w układzie w chwili t

K

=0.

 

Wyznaczenie warunków początkowych w obwodzie wiąże się z: 

 

rozwiązaniem stanu ustalonego obwodu przed komutacją, 

 

określeniem postaci czasowej tego rozwiązania na prądy cewek 
i napięcia kondensatorów, 

 

wyznaczeniem  rozwiązania  odpowiadającego  chwili  czasowej 
komutacji. 

Oznacza to, iż podstawą do ustalenia warunków początkowych obwo-

du są prawa komutacji. 

UWAGA: Warunki początkowe mogą być (i często są) zerowe 
 
 

10.3.  ANALIZA STANÓW NIEUSTALONYCH 

 

W celu zbadania zmian wartości danej wielkości obwodu (prądu, na-

pięcia) w stanie nieustalonym stosuje się w praktyce jedną z dwóch metod: 
metodę klasyczną bądź metodę operatorową. 
 
 

 

 

 

 

 

Wyznaczenie rozwiązań obwodów SLS w stanie nieustalonym

 

Metoda klasyczna 

 

polegająca  na  bezpośrednim  rozwią-
zaniu  równań  różniczkowych  (zwy-
czajnych,  liniowych  o  stałych  współ-
czynnikach) opisujących obwód 

Metoda operatorowa 

 

wykorzystująca 

właściwości 

przekształcenia Laplace’a.

 

background image

 

- 5 - 

10.4.  METODA KLASYCZNA 

 

Modelem  matematycznym  obwodu  elektrycznego  klasy  SLS,  o  do-

wolnej  konfiguracji,  jest  układ  równań  różniczkowo-całkowych,  wynika-
jących  z  praw  Kirchhoffa  i  definicji  elementów  R,  L  i  C.  W  celu  wyzna-
czenia  poszukiwanych  prądów  i  napięć  wszystkie  równania  należy  spro-
wadzić do układu równań różniczkowych o postaci ogólnej 

 

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )



+

+

+

+

=

+

+

+

+

=

+

+

+

+

=

t

f

t

r

a

t

r

a

t

r

a

dt

t

r

d

t

f

t

r

a

t

r

a

t

r

a

dt

t

r

d

t

f

t

r

a

t

r

a

t

r

a

dt

t

r

d

n

n

nn

n

n

n

n

n

n

n

...

...

...

2

2

1

1

2

2

2

22

1

21

2

1

1

2

12

1

11

1

M

 

(10.4) 

gdzie: r

1

(t)  ...  r

n

(t)  –  zmienne  oznaczające  prądy  cewek  lub  napięcia  kondensatorów 

(tzw. zmienne stanu); stałe współczynniki a

ij

 stanowią kombinację wartości pa-

rametrów RLC; funkcje czasu f

1

(t) ... f

n

(t) związane z wymuszeniami x

1

(t) ... 

x

n

(t); liczba równań n zależy od liczby reaktancji w obwodzie. 

 

Rozwiązując układ równań z uwagi na poszukiwaną funkcję odpowie-

dzi r(t) przy znanym wymuszeniu x(t) otrzymujemy równanie różniczkowe 
zwyczajne, liniowe o stałych współczynnikach n-tego rzędu o postaci: 

 

( )

( )

( )

( ) ( )

t

x

t

r

a

dt

t

r

d

a

...

dt

t

r

d

a

dt

t

r

d

a

0

1

1

n

1

n

1

n

n

n

n

=

+

+

+

+

  (10.5) 

Rozwiązaniem  równania  (10.5)  określającym  analityczną  postać  od-

powiedzi  r(t)  jest  tak  zwana  całka  ogólna  równania  niejednorodnego 
(C.O.R.N.
 

.

N

.

R

.

O

.

C

)

t

(

r

=

 

(10.6) 

Teoria równań różniczkowych mówi, że jest ona sumą dwóch składo-

wych: całki ogólnej równania jednorodnego (C.O.R.J.) i całki szczególnej 
równania niejednorodnego (C.S.R.N.). Zatem 

background image

 

- 6 - 

.

N

.

R

.

O

.

C

)

t

(

r

=

  =

 

 

.

J

.

R

.

O

.

C

  

+

  

.

N

.

R

.

S

.

C

 

(10.7) 

 

składowa odpowiedzi 

niezale

ż

na 

od wymuszenia 

 

składowa odpowiedzi 

wywołana 

przez wymuszenia 

oznaczana  r

S

(t)  i nazywana 

składow

ą

 swobodn

ą

 

(przejściową) odpowiedzi 

 

oznaczana  r

W

(t)  i nazywana 

składow

ą

 wymuszon

ą

 

(ustaloną) odpowiedzi 

Czyli: 

)

t

(

r

 

=

  

)

t

(

r

S

  

+

  

)

t

(

r

W

 

(10.8) 

 

 

Składowa wymuszona r

W

(t) opisu-

je  stan  ustalony  w  obwodzie  przy 
działającym  wymuszeniu,  może  być 
zatem  łatwo  wyznaczona  dowolną  z 
poznanych metod analizy obwodów.  

 

 

Składowa swobodna r

S

(t) opisuje pro-

cesy  zachodzące  w  obwodzie  na  skutek 
niezerowych  warunków  początkowych 
przy  braku  wymuszeń  zewnętrznych. 
Składowa  przejściowa  zależy  jedynie  od 
warunków  początkowych,  struktury  ob-
wodu  i  wartości  parametrów  tego  obwo-
du. Cechą  charakterystyczną r

S

(t)  jest  jej 

zanikanie z biegiem czasu do zera 

 

[

]

0

)

t

(

r

lim

S

t

=

+∞

 

(10.9)

 

 

Równanie składowej swobodnej r

S

(t) otrzymuje się zakładając wymu-

szenie x(t) we wzorze (10.5) równe zeru i zastępując zmienną r(t) poprzez 
jej składową swobodną r

S

(t

 

( )

( )

( )

( )

0

t

r

a

dt

t

r

d

a

...

dt

t

r

d

a

dt

t

r

d

a

S

0

S

1

1

n

S

1

n

1

n

n

S

n

n

=

+

+

+

+

  (10.10) 

Rozwiązanie  równania  jednorodnego  (10.10)  uzyskuje  się  za  pośrednic-
twem równania charakterystycznego, które ma postać 

 

0

a

s

a

...

s

a

s

a

0

1

1

n

1

n

n

n

=

+

+

+

+

 

(10.11) 

jeśli wielomian ten posiada tylko pierwiastki pojedyncze s

i

 (i=1,2, ... n), to 

 

=

=

n

1

i

t

s

i

S

i

e

A

)

t

(

r

 

(10.12) 

gdzie  współczynniki A

i

 (i=1,2, ... n) są stałymi całkowania, których wartości wyzna-

cza się w oparciu o znajomość warunków początkowych. 

background image

 

- 7 - 

PRZYKŁAD 2

 

Rozpatrzymy  stan  nieustalony  w  obwodzie 

szeregowym  RC  przy  zerowych  warunkach  po-
czątkowych  i  załączeniu  napięcia  stałego  E 
(rys.a). 

Zerowe warunki początkowe oznaczają, że 

0

)

0

(

u

C

=

 

Po  przełączeniu  wyłącznika  w  powstaje  w  obwo-
dzie  stan  nieustalony.  Schemat  obwodu  dla  stanu 
nieustalonego ma postać przedstawioną na rys.b. 

C

w

R

E

a)

u

C

(t)

C

R

E

b)

i

(t)

 

Stosując prawo napięciowe Kirchhoffa dla tego obwodu możemy napisać 

0

)

t

(

u

)

t

(

i

R

E

C

=

 

i uwzględniając, że   

dt

)

t

(

u

d

C

)

t

(

i

C

=

  otrzymujemy  równanie różniczkowe nie-

jednorodne o postaci [patrz (10.5)] 

E

t

u

dt

t

u

d

RC

C

C

=

+

)

(

)

(

 

Stan nieustalony jest superpozycją stanu ustalonego i przejściowego. 

)

(t

u

C

 

=

  

)

(

t

u

CS

  

+

  

)

(

t

u

CW

 

Stan ustalony przy wymuszeniu stałym ozna-

cza, że kondensator stanowi przerwę (rys.c). 

Zgodnie  z  NPK  napięcie  ustalone  kondensa-

tora jest równe 

E

)

t

(

u

CW

=

 

u

CW

(t)

R

E

c)

 

Schemat obwodu dla stanu przejściowego (po 

zwarciu źródła napięciowego) - rys.d. 

Dla tego obwodu otrzymujemy równanie róż-

niczkowe jednorodne o postaci [patrz (10.10)] 

0

)

t

(

u

dt

)

t

(

u

d

RC

CS

CS

=

+

 

i

S

(t)

u

CS

(t)

C

R

d)

 

 

background image

 

- 8 - 

Równanie charakterystyczne można zapisać jako [patrz (10.11)] 

0

1

s

RC

=

+

 

Równanie  to  posiada  jeden  pierwiastek  s

1

=-1/RC.  W  związku  z  powyższym  jego 

rozwiązanie wynikające ze wzoru (10.12) przyjmuje uproszczoną postać 

C

R

t

1

CS

e

A

)

t

(

u

=

 

W  rozwiązaniu  tym  współczynnik  A

1

  jest  stałą  całkowania,  której  wartość  wyzna-

czamy w oparciu o znajomość warunków początkowych. 
 

Rozwiązanie  ostateczne,  będące  sumą  składowej  wymuszonej  i  swobodnej 

przybiera postać [patrz (10.8)] 

C

R

t

1

CS

CW

C

e

A

E

)

t

(

u

)

t

(

u

)

t

(

u

+

=

+

=

 

Ponieważ  drugie  prawo  komutacji  mówi,  że   

)

0

(

u

)

0

(

u

C

C

+

=

  stąd  wobec 

0

)

0

(

u

C

=

  otrzymujemy

 

 

1

A

E

0

+

=

   oraz   

E

A

1

=

 

Czyli  rozwiązanie  czasowe  określające  przebieg  napięcia  na  kondensatorze 

przyjmuje postać 

=

=

C

R

t

C

R

t

C

e

1

E

e

E

E

)

t

(

u

 

 
 

E

t

u

dt

t

u

d

RC

C

C

=

+

)

(

)

(

 

 

background image

 

- 9 - 

10.5.  METODA OPERATOROWA 

 

Bardziej efektywną metodą od metody klasycznej jest metoda operato-

rowa  –  jej  efektywność  polega  na  „algebraizacji”  równania  różniczkowe-
go,  przy  czym  warunki  początkowe  wchodzą  niejako  automatycznie  do 
„zalgebraizowanego”.  Mimo  iż  jest  to  okrężna  droga  rozwiązania,  wynik 
uzyskujemy znacznie szybciej niż metodą bezpośrednią. 
 

Schemat dokonywanych operacji 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Aby biegle posługiwać się metodą operatorową musimy poznać: 

1.  Przekształcenia Laplace’a 

(transformaty sygnałów przyczynowych) 

2.  Podstawowe twierdzenia rachunku operatorowego 

3.  Schematy zastępcze i podstawowe prawa obwodów 

w rachunku operatorowym  

4.  Metody wyznaczania oryginału funkcji operatorowej 

rozwiązanie 

algebraiczne 

L

L

L

L     

WYMUSZENIE 

M

E

T

O

D

A

 

K

L

A

S

Y

C

Z

N

A

 

L

L

L

L

-1 

x(t) 

 

ODPOWIEDŹ 

CZASOWA 

r(t)

 

 

Odpowiedź operatorowa 

R(s)

 

W.P.

 

 

Równanie 

żniczkowo-całkowe 

(w dziedzinie czasu) 

 

OBWÓD 

ELEKTRYCZNY 

Operatorowy 

schemat zastępczy 

obwodu 

Równanie 

operatorowe 

(algebraiczne w dziedzinie 

zmiennej zespolonej s

W.P.

 

W.P.

 

background image

 

- 10 - 

10.5.1. 

PRZEKSZTAŁCENIA  LAPLACE’A

 

 

Rozpatrywać będziemy funkcję f(t) zmiennej rzeczywistej t spełniają-

cą następujące warunki: 

-  funkcja f(t) jest określona dla t >0 i równa zeru, gdy t <0; 

-  wartość bezwzględna funkcji f(t) nie rośnie szybciej niż funkcja 

wykładnicza, gdy t

→∞

 ( 

t

b

e

M

)

t

(

f

  gdzie M>0 oraz b>0 ) 

 

Przekształcenie,  które  przyporządkowuje  funkcji  f(t)  zmiennej 

rzeczywistej  t,  funkcję  F(s)  będącą  funkcją  zmiennej  zespolonej 
s
=

σσσσ

+j

ω

ωω

ω

  za pomocą zależności 

 

[

]

dt

e

)

t

(

f

)

s

(

F

)

t

(

f

0

t

s

=

=

L

 

(10.13) 

nazywamy 

prostym przekształceniem Laplace’a 

lub 

L

L

L

L

-transformatą

 

 
Funkcję F(s) zmiennej zespolonej s nazywamy transformatą funkcji f(t)
 

Wyznaczenie  funkcji  f(t)  (nazywanej  oryginałem)  odpowiadają-

cej znanej funkcji F(s) umożliwia 

odwrotne

 

przekształcenie Laplace’a

 

nazywane też 

L

L

L

L

-1

-transformatą

 

 

[

]

)

s

(

F

ds

e

)

s

(

F

j

2

1

)

t

(

f

1

j

c

j

c

t

s

+

=

=

L

π

 

(10.14) 

Przekształcenia Laplace’a wyrażone wzorami (10.13) i (10.14) są 

wzajemnie jednoznaczne, czyli 

[

]

{

}

0

t

dla

)

t

(

f

)

t

(

f

1

>

=

L

L

 

(10.15)

 

f(t)

F(s)

L

-1

L

 

 

background image

 

- 11 - 

TRANSFORMATY SYGNAŁÓW PRZYCZYNOWCH

 

A) Funkcja jednostkowa 

>

<

=

=

0

1

0

0

)

(

1

)

(

t

dla

t

dla

t

t

f

 

t

f(t)

0

1

 

[ ]

s

1

s

1

0

e

s

1

dt

e

1

)

t

(

1

)

s

(

F

0

st

0

t

s

=

=

=

==

=

L

 

B) Funkcja wykładnicza 

)

t

(

1

e

A

)

t

(

f

t

a

=

 

t

f(t)

0

A

a   0

>

a   0

<

 

[

]

(

)

(

)

a

s

A

e

a

s

1

A

dt

e

A

dt

e

e

A

dt

e

e

A

)

t

(

f

)

s

(

F

0

t

a

s

0

t

a

s

0

t

s

t

a

0

t

s

t

a

+

=

+

=

=

=

=

=

=

+

+

L

 

C) Funkcje harmoniczna 

)

t

(

1

t

sin

A

)

t

(

f

=

ω

 

 

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

) (

)(

)

(

)

2

2

2

2

2

2

0

t

j

s

0

t

j

s

0

t

j

s

t

j

s

0

t

s

t

j

t

j

s

A

s

j

2

j

2

A

s

j

s

j

s

j

2

A

j

s

1

j

s

1

j

2

A

1

0

j

s

1

1

0

j

s

1

j

2

A

e

j

s

1

e

j

s

1

j

2

A

dt

e

e

j

2

A

dt

e

j

2

e

e

A

)

s

(

F

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

+

=

+

=

+

+

+

=

=





+

=

+

+

=

=



+

+

=

=

=

=

+

+

 

background image

 

- 12 - 

10.5.2. 

PODSTAWOWE TWIERDZENIA 
RACHUNKU OPERATOROWEGO

 

 

A)  Twierdzenie o liniowości 

Jeżeli funkcje f

1

(t) i f

2

(t) posiadają transformaty, tzn. 

[

]

[

]

)

s

(

F

)

t

(

f

i

)

s

(

F

)

t

(

f

2

2

1

1

=

=

L

L

 

to dla dowolnych liczb a oraz b zachodzi 

 

[

]

)

s

(

F

b

)

s

(

F

a

)

t

(

f

b

)

t

(

f

a

2

1

2

1

+

=

+

L

 

(10.16) 

 

B)  Twierdzenie o transformacie pochodnej 

Jeśli funkcja f(t) i jej pochodna f

 

(t)  są 

L

-transformowalne, to trans-

formatę pochodnej możemy wyrazić przez transformatę samej funkcji na-
stępująco 

 

[

]

[

]

)

0

(

f

)

s

(

F

s

)

0

(

f

)

t

(

'

f

s

)

t

(

'

f

+

+

=

=

L

L

  (10.17) 

gdzie: f(0

+

) – prawostronna granica funkcji f(t) w punkcie t=0 

(wartość początkowa funkcji f(t)) 

Transformatę pochodnej n-tego rzędu funkcji f(t) obliczamy ze wzoru 

 

( )

[

]

(

) ( )

)

0

(

f

s

)

s

(

F

s

)

t

(

f

k

1

n

0

k

1

k

n

n

n

+

=

=

L

 

(10.18) 

Jeśli warunki początkowe są zerowe to widać wyraźnie, że 

żniczkowanie funkcji w dziedzinie czasu 
odpowiada mnożeniu 

L

-transformaty  samej  funkcji  przez  s 

w potędze równej rzędowi pochodnej. 

 

background image

 

- 13 - 

C)  Twierdzenie o transformacie całki 

Jeśli funkcja f(t) jest 

L

-transformowalna, to transformatę całki  może-

my wyrazić przez transformatę samej funkcji następująco 

 

[

]

( )

s

)

0

(

f

s

)

s

(

F

)

t

(

f

1

+

=

L

 

(10.19) 

gdzie: f

(-1)

(0

+

) – oznacza wartość całki w chwili t=0 

-

 

(można ją rozumieć jako wartość początkową - warunek początkowy) 

Jeśli warunek początkowy jest zerowy to  

całkowanie funkcji w dziedzinie czasu 
odpowiada dzieleniu 

L

-transformaty funkcji podcałkowej przez s 

 

D) 

Twierdzenie o przesunięciu w dziedzinie rzeczywistej (czasu) 

Jeżeli  dana  jest  funkcja  przyczynowa  f(t)1(t

L

-transformowalna  o 

transformacie F(s), to transformata funkcji przesuniętej f(t-t

0

)1(t-t

0

) dla t

określona jest następująco 

 

[

]

0

t

s

0

0

1

e

)

s

(

F

)

t

t

(

1

)

t

t

(

f

=

L

 

(10.20) 

 

Przykład: 

Dana  jest  funkcja  wymuszenia  napięciowego  w  postaci  impulsu  prosto-
k
ątnego. Należy wyznaczyć transformatę tej funkcji 

t

f(t)

0

U

t

0

t

f(t)

0

U 1(t)

 

-U 1(t-t )

 

U

-U

 

<

<

<

=

0

0

0

)

(

0

0

t

t

dla

t

t

dla

U

t

f

 

inny opis 

)

t

t

(

1

U

)

t

(

1

U

)

t

(

f

0

=

 

Zgodnie  z  twierdzeniem  o  liniowości  oraz  o  przesunięciu  w  dziedzinie  czasu  napi-
szemy: 

[

]

[

] [

]

0

t

s

0

0

e

s

U

s

U

)

t

t

(

1

U

)

t

(

1

U

)

t

t

(

1

U

)

t

(

1

U

)

s

(

F

=

=

=

L

L

L

 

background image

 

- 14 - 

E)  Twierdzenie o przesunięciu w dziedzinie zmiennej zespolonej 

Jeżeli F(s) jest transformatą funkcji f(t) oraz a jest dowolną liczbą ze-

spoloną  bądź  rzeczywistą,  to  transformata  o  argumencie  przesuniętym 
spełnia następującą zależność 

 

[

]

)

t

(

f

e

)

a

s

(

F

t

a

=

+

L

 

(10.21) 

 

F) 

Twierdzenie o transformacie funkcji okresowej 

(o okresie T)

 

Jeżeli f(t) = f(t+kT) , k=1,2 ... ; to 

 

t

s

T

e

1

)

s

(

F

)

s

(

F

=

 

(10.xx) 

gdzie:

dt

e

)

t

(

f

)

s

(

F

t

s

T

0

T

=

 

 
 

10.5.3. 

PODSTAWOWE PRAWA I SCHEMATY ZASTĘPCZE

 

OBWODÓW W RACHUNKU OPERATOROWYM

 

 

Najefektywniejszą drogą postępowania w metodzie operatorowej jest 

określenie transformat prądów i napięć bezpośrednio na podstawie obwo-
du  bez  konieczności  układania  równań  różniczkowo  całkowych.  Aby  to 
uzyskać  należy  opracować 

operatorowy  schemat  zastępczy  danego  ob-

wodu - w tym celu każdy element obwodu zastępuje się odpowiednim mo-
delem w dziedzinie operatorowej. 

 
Modele  operatorowe  idealnych  elementów  obwodu  określamy  na 

podstawie: 

-

 

operatorowych zależności między napięciem i prądem elementu; 

-

 

praw Kirchhoffa w postaci operatorowej 

 

background image

 

- 15 - 

I prawo Kirchhoffa 

=

=

K

1

k

k

k

0

)

t

(

i

λ

 

gdzie: i

k

(t) – natężenie prądu w k-tej gałęzi; K – liczba gałęzi dołączonych do danego węzła 

 

λ

k

 – współczynnik o wartości 1 lub –1, zależnie od zwrotu prądu względem węzła 

 

Po zastosowaniu do powyższego równania przekształcenia Laplace’a i 

wykorzystaniu  twierdzenia  o  liniowości  tego  przekształcenia  (10.16) 
otrzymujemy 

 

=

=

K

1

k

k

k

0

)

s

(

I

λ

 

(10.22) 

Równanie (10.22) wyraża 

I prawo Kirchhoffa w postaci operatorowej

 

Algebraiczna  suma  transformat  prądów  we  wszystkich  gałę-
ziach  doł
ączonych  do  danego  węzła  schematu  operatorowego 
jest równa zeru 

 
 

II prawo Kirchhoffa 

=

=

J

1

j

j

j

0

)

t

(

u

λ

 

gdzie: u

j

(t) – napięcie na j-tym elemencie oczka; J – liczba elementów w oczku 

λ

j

 – współczynnik o wartości 1 lub –1, zależnie od zwrotu napięcia względem przyję-

tego obiegu po oczka 

 

Po zastosowaniu do ww. równania przekształcenia Laplace’a i wyko-

rzystaniu twierdzenia o liniowości otrzymujemy 

 

=

=

J

1

j

j

j

0

)

s

(

U

λ

 

(10.23) 

Równanie (4.14) wyraża 

II prawo Kirchhoffa w postaci operatorowej

 

Algebraiczna suma transformat napięć na wszystkich elemen-
tach  wchodz
ących  w  skład  danego  oczka  schematu  operato-
rowego jest równa zeru 

background image

 

- 16 -