Włodzimierz Wolski
Teoretyczne podstawy techniki analogowej
Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2007
Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki, podręcznik do przedmiotów" Technika Analogowa i Teoria Obwodów i Sygnałów
Wydanie II poprawione
SPIS TREŚCI
- PRZEDMOWA (9)
Technika analogowa, bez wątpienia pasjonująca dziedzina elektroniki, jest wykładana w wielu skryptach, podręcznikach i opracowaniach monograficznych, poświęconych teorii obwodów. Kilka z nich jest wymienionych w wykazie literatury. Niestety, z punktu widzenia naszych Studentów, wszystkie mają podstawową wadę: nie są dostosowane do kursów techniki analogowej, prowadzonych dla Studentów Wydziału Elektroniki Politechniki Wrocławskiej. Studenci odczuwają brak podręcznika, w którym technika analogowa byłaby reprezentowana w ujęciu odpowiadającym realizowanemu programowi, i w którym, przede wszystkim, byłyby zawarte wszystkie partie wykładanego materiału.
Podręcznik zawiera wszystkie działy techniki analogowej, wykładane na kierunkach Elektronika i Telekomunikacja, Informatyka, Automatyka i Robotyka oraz na studiach zaocznych, wieczorowych i filialnych.
Prezentowany w podręczniku wykład jest oparty na konspektach, corocznie modyfikowanych, opracowywanych do wykładów techniki analogowej i teorii obwodów, prowadzonych od wielu lat przez autora oraz na skryptach Teoria obwodów cz. I i II oraz Wybrane zagadnienia z teorii obwodów, opracowanych wspólnie z śp. Marcelim Uruskim. Autor ma nadzieję, że skrypt będzie ze wszech miar pomocny Studentom Wydziału Elektroniki oraz Wydziału Mikroelektroniki i Fotoniki, a także że krąg jego odbiorców będzie znacznie szerszy.
W podręczniku nie ma dodatków matematycznych, które mogłyby być przewodnikiem, poradnikiem matematycznym, przypominającym konieczne partie matematyki. Warto więc sięgnąć do dodatków w Teorii obwodów cz. II. Dodatki te jednak nie mogą być podstawą do nauczenia się niezbędnych partii matematyki. Trzeba sięgnąć po podręczniki matematyczne, wymienione w wykazie literatury.
W podręczniku rozwiązano wiele przykładów. Przykłady są zwykle bardzo proste. Zamysłem autora była bowiem ilustracja omawianych zagadnień, a nie prezentacja matematycznych metod rozwiązywania zadań. Nie ma zadań przeznaczonych do samodzielnego rozwiązywania. Trzeba więc sięgnąć do zbiorów zadań, wymienionych w wykazie literatury. W trakcie opracowania jest zbiór zadań, w którym zadania do samodzielnego rozwiązania będą powiązane z prezentowanym podręcznikiem.
Czuję się w miłym obowiązku podziękować Panu Prof. Michałowi Białce, którego niezmiernie skrupulatna recenzja umożliwiła usunięcie z pierwotnego tekstu wielu większych i mniejszych niedociągnięć, przyczyniając się do poprawy jakości podręcznika.
Serdecznie dziękuję moim Studentom oraz Kolegom z Zakładu Teorii Obwodów ITTA Politechniki Wrocławskiej za wskazanie błędów i niedociągnięć, przyczyniających się do poprawy jakości podręcznika w drugim wydaniu. Szczególnie dziękuję Kolegom dr. Andrzejowi Jarząbkowi i dr. Lesławowi Dereniowi. - OZNACZENIA PODSTAWOWYCH OPERACJI MATEMATYCZNYCH (10)
- PODSTAWOWE POJĘCIA TECHNIKI ANALOGOWEJ I TEORII OBWODÓW (11)
- Przedmiot techniki analogowej (11)
- Sygnał, opis sygnału, działania na sygnałach (12)
- Pole elektromagnetyczne, warunek kwazistacjonarności (21)
- Podstawowe zjawiska w rzeczywistych systemach elektrycznych, model systemu elektrycznego (25)
- Straty energii - rezystancja (26)
- Zmiany pola magnetycznego - induktor (30)
- Zmiany pola magnetycznego - induktory sprzężone polem magnetycznym (34)
- Zmiany pola elektrycznego - kondensator (36)
- Przemiana energii - źródła napięciowe i prądowe (40)
- Modelowanie systemu elektrycznego (42)
- Przykłady konstruowania modeli urządzeń rzeczywistych (42)
- Obwody elektryczne traktowane jako układy (49)
- Dwójnik, element wielozaciskowy, czwórnik (49)
- Transformator idealny (50)
- Żyrator (51)
- Obwód i układ, operator układu (51)
- Podstawowe właściwości układów (52)
- Obwody i układy SLS, e, iz, obwody i układy SLSS (54)
- Elementy teorii grafów liniowych (55)
- Określenia podstawowe (55)
- Macierze strukturalne grafu (57)
- Przedmiot techniki analogowej (11)
- POSTULATY TEORII OBWODÓW (59)
- Prawa Kirchhoffa i prawa Ohma (59)
- Umowne kierunki prądów i napięć (59)
- Prawa Kirchhoffa (60)
- Związki między prądem i napięciem; uogólnione prawa Ohma (64)
- Transformacja oczkowa i węzłowa, moc, energia, bilans mocy (66)
- Analiza obwodu elektrycznego SLS, e, iz (70)
- Problem rozwiązalności obwodu (70)
- Układanie równań z wykorzystaniem pojęcia prądów oczkowych i napięć węzłowych (71)
- Prawa Kirchhoffa i prawa Ohma (59)
- ANALIZA OBWODÓW W STANIE USTALONYM PRZY POBUDZENIU SINUSOIDALNYM; METODA SYMBOLICZNA (75)
- Pojęcie stanu ustalonego, składowe reakcji (75)
- Stan ustalony w obwodzie z pobudzeniem stałym (75)
- Stan ustalony przy pobudzeniu sinusoidalnym (78)
- Istota metody symbolicznej (79)
- Postulaty teorii obwodów w ujęciu symbolicznym (83)
- Prawa Kirchhoffa (83)
- Związki między napięciem i prądem - uogólnione prawa Ohma (84)
- Połączenia elementów (89)
- Obwody rezonansowe (90)
- Szeregowy obwód rezonansowy 990)
- Równoległy obwód rezonansowy (98)
- Metody analizy obwodów SLS, e, iz (101)
- Metoda prądów oczkowych analizy obwodów RLC, E, Iz (102)
- Metoda napięć węzłowych (104)
- Uwzględnienie źródeł sterowanych w metodzie prądów oczkowych i metodzie napięć węzłowych (1060
- Rozwiązalność obwodu metodą prądów oczkowych i napięć węzłowych (108)
- Twierdzenia pomocnicze teorii obwodów (108)
- Twierdzenie o superpozycji (1080
- Twierdzenie Thevenina (111)
- Twierdzenie Nortona (114)
- Równoważność źródeł autonomicznych (116)
- Obliczanie impedancji wejściowej układów SLS (116)
- Moc w metodzie symbolicznej. Zasada maksymalnej mocy czynnej (118)
- Zasada wzajemności (123)
- Przesuwanie źródeł, zasady Vaschy (125)
- Elementy teorii czwórników (125)
- Pojęcie czwórnika, opis macierzowy czwórnika (125)
- Właściwości czwórników: odwracalność, symetria, pasywność (130)
- Podstawowe czwórniki SLS (131)
- Czwórniki równoważne (135)
- Połączenia czwórników (137)
- Parametry robocze czwórnika (143)
- Elementy teorii układów wielozaciskowych (145)
- Opis układu wielozaciskowego za pomocą macierzy admitancyjnej (145)
- Przekształcenia układu wielozaciskowego (148)
- Łączenie układów wielozaciskowych (151)
- Transmitancje układu wielozaciskowego (153)
- Elementy teorii linii długich (156)
- Równania linii długiej (157)
- Rozwiązania równań linii długiej (159)
- Interpretacja fizyczna rozwiązań równań linii długich (161)
- Dopasowanie falowe linii długiej (165)
- Impedancja wejściowa linii długiej (168)
- Fala stojąca w linii długiej (168)
- Linia szczelinowa (172)
- Przekazywanie mocy przez linię długą (175)
- Zniekształcenia sygnałów w liniach długich (177)
- Reprezentacja macierzowa linii długich (180)
- Parametry rozproszenia dwójników i czwórników (185)
- Pojęcie stanu ustalonego, składowe reakcji (75)
- ANALIZA OBWODÓW PRZY DOWOLNYCH POBUDZENIACH; PRZEKSZTAŁCENIE LAPLACE'A (195)
- Przekształcenie Laplace'a (195)
- Przekształcenie Laplace'a dystrybucji. Warunki istnienia ζ-transformaty (196)
- Podstawowe własności transformaty Laplace'a (199)
- Transformata Laplace'a funkcji okresowej (203)
- Przekształcenie odwrotne Laplace'a (204)
- Metoda residuów obliczania transformaty odwrotnej Laplace'a (205)
- Metoda rozkładu na ułamki proste (206)
- Metoda Goldstome'a rozkładu na ułamki proste (208)
- Transformata odwrotna funkcji meromorficznej (209)
- Zastosowanie przekształcenia Laplace'a do analizy obwodów (210)
- Prawa Kirchhoffa w ujęciu operatorowym (210)
- Prawa Ohma w ujęciu operatorowym (211)
- Twierdzenia pomocnicze teorii obwodów (215)
- Metody analizy obwodów SLS, s, iz (217)
- Czwórniki i układy wielozaciskowe (218)
- Pojęcie funkcji układu (222)
- Stabilność układów (223)
- Charakterystyki czasowe układów (224)
- Związek między pobudzeniem i reakcją w dziedzinie czasu (225)
- Twierdzenia o stabilności układów (227)
- Algebraiczne kryteria stabilności (230)
- Reakcja układu stabilnego w sensie BIBO na pobudzenie okresowe w stanie ustalonym (234)
- Przekształcenie Laplace'a (195)
- ANALIZA OBWODÓW W STANIE USTALONYM PRZY POBUDZENIACH OKRESOWYCH; SZEREGI FOURIERA (237)
- Szereg Fouriera funkcji okresowej (237)
- Odwrotna transformata Laplace'a funkcji okresowej - szereg Fouriera (237)
- Dyskretne widmo amplitudowe i fazowe sygnału okresowego (239)
- Właściwości zbioru współczynników szeregu ?Fouriera (242)
- Przenoszenie sygnałów okresowych przez układy liniowe (244)
- Reakcja układu liniowego na pobudzenie okresowe (244)
- Związek z metodą symboliczną (247)
- Widmo mocy przebiegu okresowego (248)
- Wartość skuteczna przebiegu okresowego (249)
- Moce w obwodzie o okresowych wielkościach elektrycznych (250)
- Szereg Fouriera funkcji okresowej (237)
- WIDMOWA ANALIZA OBWODÓW: CIĄGŁE PRZEKSZTAŁCENIE FOURIERA (253)
- Przekształcenie Fouriera (253)
- Ciągłe widmo amplitudowe i fazowe sygnału (253)
- Związek transformaty Fouriera i transformaty Laplace'a (256)
- Dystrybucyjna transformata Fouriera (257)
- Podstawowe właściwości przekształcenia Fouriera (258)
- Przenoszenie sygnałów przez układy SLS (259)
- Funkcja widmowa układu SLS (259)
- Układ niezniekształcający (262)
- Układy kształtujące (265)
- Widmo energii sygnału. Częstotliwości graficzne widma (267)
- Charakterystyki częstotliwościowe układów (269)
- Logarytmiczne charakterystyki częstotliwościowe (270)
- Charakterystyki asymptotyczne układu (271)
- Związki między charakterystykami częstotliwościowymi układu. Zależności Kroniga - kramersa (275)
- Związki między charakterystyką amplitudową i fazową układu (281)
- Warunki realizowalności układów (281)
- Podstawowy warunek fizycznej realizowalności układu (281)
- Kryterium Paley'a-Wienera (283)
- Sprzężenie zwrotne, kryterium stabilności Nyquista (287)
- Schematy blokowe (287)
- Różnica zwrotna, stosunek zwrotny (291)
- Przyrost argumentu wielomianu - zasada argumentu Cauchy'ego (294)
- Kryterium Michajłowa stabilności w sensie BIBO układu SLS (297)
- Kryterium Nyquista stabilności w sensie BIBO układu SLS (298)
- Sygnały zmodulowane (304)
- Modulacja sinusoidalnej fali nośnej (305)
- Modulacja amplitudy (305)
- Modulacja częstotliwości (308)
- Modulacja amplitudy ciągu impulsów - PAM (310)
- Modulacja położenia impulsów - PPM (312)
- Przekształcenie Fouriera (253)
- ANALIZA UKŁADÓW IMPULSOWYCH; PRZEKSZTAŁCENIE Z (313)
- Układy ciągłe i układy dyskretne (313)
- Impulsator idealny, impulsator rzeczywisty (317)
- Twierdzenie Shannona (317)
- Odtwarzanie sygnału ciągłego na podstawie widma sygnału spróbkowanego (319)
- Przekształcenie Z i jego podstawowe właściwości (321)
- Definicja przekształcenia Z (321)
- Właściwości przekształcenia Z (324)
- związek transformaty Z i transformaty Laplace'a (326)
- Odwrotne przekształcenie Z (327)
- Zastosowanie przekształcenia Z do analizy układów impulsowych (330)
- Równania i dyskretne funkcje układów impulsowych otwartych (330)
- Równania i dyskretne funkcje układów impulsowych zamkniętych (340)
- Stabilność układów impulsowych (346)
- Układy ciągłe i układy dyskretne (313)
- ANALIZA OBWODÓW METODĄ ZMIENNYCH STANY (351)
- Stan obwodu, równania stanu (351)
- Pojęcie równań stanu (352)
- Wybór zmiennych stanu. Stopień kompleksowości obwodu RLS, e, iz (354)
- Układanie równań stanu dla obwodu RLC, e, iz (356)
- Rozwiązanie równań stanu (358)
- Stabilność układów opisanych równaniami stanu (363)
- Stan obwodu, równania stanu (351)
- ANALIZA OBWODÓW NIELINIOWYCH (365)
- Element nieliniowy, charakterystyka, parametry (365)
- Charakterystyka problemu analizy obwodów nieliniowych (365)
- Nieliniowe elementy skupione (366)
- Podstawowe elementy nieliniowe (366)
- Rezystor (366)
- Kondensator i induktor (368)
- Elementy dwójnikowe innych typów (368)
- Źródła autonomiczne (369)
- Tranzystor jako element trójzaciskowy (369)
- Źródła sterowane jako nieliniowe elementy trójzaciskowe (371)
- Elementy wielozaciskowe (371)
- Elementy inercyjne i bezinercyjne (372)
- Pobudzenia stałe w nieliniowych obwodach rezystancyjnych (372)
- Punkt pracy elementu nieliniowego (372)
- Połączenia rezystorów nieliniowych (373)
- Metody analityczne rozwiązywania nieliniowych obwodów rezystancyjnych prądu stałego (376)
- Weryfikacja rozwiązań równań opisujących obwody nieliniowe (378)
- Obwód nieliniowy dla przyrostów, linearyzacja obwodu (382)
- Nieliniowe obwody rezystancyjne przy pobudzeniach zmiennych (383)
- Rezystor nieliniowy pobudzany przebiegiem sinusoidalnym (384)
- Rezystor nieliniowy pobudzany sumą przebiegów sinusoidalnych (386)
- Element nieliniowy, charakterystyka, parametry (365)
- LITERATURA (389)
Materiał udostępnił Grzegorz Makarewicz, 'gsmok'