Elementi električnih kola

Σχετικά έγγραφα
Glava 2 Odzivi u kolima prvog i drugog reda

Periodičke izmjenične veličine

SNAGA POTROŠAČA NAIZMENIČNE STRUJE

UNIVERZITET U NIŠU ELEKTRONSKI FAKULTET SIGNALI I SISTEMI. Zbirka zadataka

Naizmenične struje. Osnovi elektrotehnike 2. i (t) + 2 ča

Otpornost R u kolu naizmjenične struje

Antene. Srednja snaga EM zračenja se dobija na osnovu intenziteta fluksa Pointingovog vektora kroz sferu. Gustina snage EM zračenja:

Induktivno spregnuta kola

41. Jednačine koje se svode na kvadratne

OM2 V3 Ime i prezime: Index br: I SAVIJANJE SILAMA TANKOZIDNIH ŠTAPOVA

3.1 Granična vrednost funkcije u tački

Elementi spektralne teorije matrica

RAČUNSKE VEŽBE IZ PREDMETA POLUPROVODNIČKE KOMPONENTE (IV semestar modul EKM) IV deo. Miloš Marjanović

IZVODI ZADACI ( IV deo) Rešenje: Najpre ćemo logaritmovati ovu jednakost sa ln ( to beše prirodni logaritam za osnovu e) a zatim ćemo

Q11. 4k2 Q12. 1k7 VEE=-5.2V

nvt 1) ukoliko su poznate struje dioda. Struja diode D 1 je I 1 = I I 2 = 8mA. Sada je = 1,2mA.

OSNOVE ELEKTROTEHNIKE II Vježba 11.

2 tg x ctg x 1 = =, cos 2x Zbog četvrtog kvadranta rješenje je: 2 ctg x

OSNOVI ELEKTRONIKE. Vežbe (2 časa nedeljno): mr Goran Savić

PRAVA. Prava je u prostoru određena jednom svojom tačkom i vektorom paralelnim sa tom pravom ( vektor paralelnosti).

Pismeni ispit iz matematike Riješiti sistem jednačina i diskutovati rješenja sistema u zavisnosti od parametra: ( ) + 1.

VILJUŠKARI. 1. Viljuškar se koristi za utovar standardnih euro-pool paleta na drumsko vozilo u sistemu prikazanom na slici.

DOMAĆA ZADAĆA 5. /Formulacije i rješenja zadataka/ - INŽENJERSKA MATEMATIKA 1 ak. 2009/2010. Selma Grebović. Sarajevo, Decembar 2009.

4. Operacioni pojačavači i analogna algebarska kola

FAKULTET PROMETNIH ZNANOSTI

Linearna algebra 2 prvi kolokvij,

Teorijske osnove informatike 1

FTN Novi Sad Katedra za motore i vozila. Teorija kretanja drumskih vozila Vučno-dinamičke performanse vozila: MAKSIMALNA BRZINA

SISTEMI NELINEARNIH JEDNAČINA

FAKULTET PROMETNIH ZNANOSTI

IspitivaƬe funkcija: 1. Oblast definisanosti funkcije (ili domen funkcije) D f

( ) ( ) Zadatak 001 (Ines, hotelijerska škola) Ako je tg x = 4, izračunaj

MAGNETNO SPREGNUTA KOLA

TEHNIČKI FAKULTET SVEUČILIŠTA U RIJECI Zavod za elektroenergetiku. Prijelazne pojave. Osnove elektrotehnike II: Prijelazne pojave

Kaskadna kompenzacija SAU

RAČUNSKE VEŽBE IZ PREDMETA OSNOVI ELEKTRONIKE

VJEŽBE 3 BIPOLARNI TRANZISTORI. Slika 1. Postoje npn i pnp bipolarni tranziostori i njihovi simboli su dati na slici 2 i to npn lijevo i pnp desno.

Zadaci sa prethodnih prijemnih ispita iz matematike na Beogradskom univerzitetu

Kola u ustaljenom prostoperiodičnom režimu

OSNOVI ELEKTRONIKE VEŽBA BROJ 1 OSNOVNA KOLA SA DIODAMA

5 Ispitivanje funkcija

DISKRETNA MATEMATIKA - PREDAVANJE 7 - Jovanka Pantović

OSNOVI DIGITALNE ELEKTRONIKE (13S042ODE)

ELEKTROTEHNIČKI ODJEL

Osnovne teoreme diferencijalnog računa

STATIČKE KARAKTERISTIKE DIODA I TRANZISTORA

Iskazna logika 3. Matematička logika u računarstvu. novembar 2012

18. listopada listopada / 13

MATRICE I DETERMINANTE - formule i zadaci - (Matrice i determinante) 1 / 15

Mreže sa dva pristupa

, Zagreb. Prvi kolokvij iz Analognih sklopova i Elektroničkih sklopova

5. Karakteristične funkcije

Operacije s matricama

( , 2. kolokvij)

IZVODI ZADACI (I deo)

Osnovni primer. (Z, +,,, 0, 1) je komutativan prsten sa jedinicom: množenje je distributivno prema sabiranju

7 Algebarske jednadžbe

Obrada signala

MATEMATIKA I 1.kolokvij zadaci za vježbu I dio

Ispitivanje toka i skiciranje grafika funkcija

TRIGONOMETRIJA TROKUTA

( ) π. I slučaj-štap sa zglobovima na krajevima F. Opšte rešenje diferencijalne jednačine (1): min

radni nerecenzirani materijal za predavanja R(f) = {f(x) x D}

r koje dejstvuju na tačku: m a F.

Linearna algebra 2 prvi kolokvij,

M086 LA 1 M106 GRP. Tema: Baza vektorskog prostora. Koordinatni sustav. Norma. CSB nejednakost

OBRTNA TELA. Vladimir Marinkov OBRTNA TELA VALJAK

Ĉetverokut - DOMAĆA ZADAĆA. Nakon odgledanih videa trebali biste biti u stanju samostalno riješiti sljedeće zadatke.

MATEMATIKA 2. Grupa 1 Rexea zadataka. Prvi pismeni kolokvijum, Dragan ori

Snage u kolima naizmjenične struje

PRIMJER 3. MATLAB filtdemo

Riješeni zadaci: Nizovi realnih brojeva

a M a A. Može se pokazati da je supremum (ako postoji) jedinstven pa uvodimo oznaku sup A.

APROKSIMACIJA FUNKCIJA

Pismeni ispit iz matematike GRUPA A 1. Napisati u trigonometrijskom i eksponencijalnom obliku kompleksni broj, zatim naći 4 z.

INTEGRALNI RAČUN. Teorije, metodike i povijest infinitezimalnih računa. Lucija Mijić 17. veljače 2011.

Odredivanje odziva u električnim kolima

Riješeni zadaci: Limes funkcije. Neprekidnost

Eliminacijski zadatak iz Matematike 1 za kemičare

numeričkih deskriptivnih mera.

( ) ( ) 2 UNIVERZITET U ZENICI POLITEHNIČKI FAKULTET. Zadaci za pripremu polaganja kvalifikacionog ispita iz Matematike. 1. Riješiti jednačine: 4

Cauchyjev teorem. Postoji više dokaza ovog teorema, a najjednostvniji je uz pomoć Greenove formule: dxdy. int C i Cauchy Riemannovih uvjeta.

NAIZMENIČNE STRUJE POTREBNE FORMULE: Trenutna vrednost ems naizmeničnog izvora: e(t) = E max sin(ωt + θ)

Snage u ustaljenom prostoperiodičnom režimu

I.13. Koliki je napon između neke tačke A čiji je potencijal 5 V i referentne tačke u odnosu na koju se taj potencijal računa?

Računarska grafika. Rasterizacija linije

Poglavlje 7. Blok dijagrami diskretnih sistema

DRUGI KOLOKVIJUM IZ MATEMATIKE 9x + 6y + z = 1 4x 2y + z = 1 x + 2y + 3z = 2. je neprekidna za a =

1.4 Tangenta i normala

Funkcija prenosa. Funkcija prenosa se definiše kao količnik z transformacija odziva i pobude. Za LTI sistem: y n h k x n k.

4 Izvodi i diferencijali

Zavrxni ispit iz Matematiqke analize 1

Veleučilište u Rijeci Stručni studij sigurnosti na radu Akad. god. 2011/2012. Matematika. Monotonost i ekstremi. Katica Jurasić. Rijeka, 2011.

Kontrolni zadatak (Tačka, prava, ravan, diedar, poliedar, ortogonalna projekcija), grupa A

SEMINAR IZ KOLEGIJA ANALITIČKA KEMIJA I. Studij Primijenjena kemija

Strukture podataka i algoritmi 1. kolokvij 16. studenog Zadatak 1

OM1 V10 V11 Ime i prezime: Index br: TORZIJA GREDE

(a) Odrediti koeficijente prve, druge fundamentalne forme i Kristofelove simbole površi r.

4.7. Zadaci Formalizam diferenciranja (teorija na stranama ) 343. Znajući izvod funkcije x arctg x, odrediti izvod funkcije x arcctg x.

2. Ako je funkcija f(x) parna onda se Fourierov red funkcije f(x) reducira na Fourierov kosinusni red. f(x) cos

Transcript:

Glava 1 Elemeni elekričnih kola Analiza elekričnih kola podrazumjeva uvo denje odgovarajućih maemaičkih modela fizičkih elemeaa koji čine elekrična kola i dodjeljivanje maemaičkih funkcija koninulanim veličinama, sruji i naponu. ovoj glavi će kroz primjere bii opisane osnovne karakerisike elemena elekričnih kola sa jednim i dva prisupa, koji se najviše korise prilikom analize kola. 7

1.1. LINEARNOST I VREMENSKA INVARIJANTNOST 1.1 Linearnos i vremenska invarijannos Zadaak 1. Ako je ulazni signal elekričnog kola x() i ako je izlazni signal jednak y()=dx()/d 3x() ispiai da li se radi o linearnom i vremenski invarijannom kolu. Rješenje. Ukoliko je na ulaz elekričnog kola priključen proizvoljan generaor odre denog alasnog oblika, koji može bii i srujni i naponski generaor, kolu se predaje odre dena količina energije. Manifesacija prisusva energije u kolu jese pojava elekričnih sruja i razlika poencijala, j. napona. Analiza elekričnog kola podrazumjeva nalaženje analiičkih izraza za renune sruje i napone u kolu koji predsavljaju odzive na energiju. Dakle, svakom vremenskom obliku eksiacije se može pridružii neki vremenski oblik odziva, pa elekrično kolo prakično realizuje preslikavanje: y()=h (x()) (1.1) U eoriji elekričnih kola su od velike važnosi linearna i vremenski nepromjenljiva kola. Linearna elekrična kola zadovoljavaju osobine homogenosi i adiivnosi. Ove osobine se mogu objasnii na jednosavnom primjeru. Ukoliko npr. posmaramo opornik kroz koji je propušena sruja odre denog inenziea, na krajevima og opornika će se razvii odre dena razlika poencijala. Osobina homogenosi kaže da će n pua veća eksiacija dai n pua veći odziv. Osobina adiivnosi je korisna ukoliko posoji više od jednog generaora i kaže da je odziv na više generaora jednak zbiru odziva na svaki generaor pojedinačno. Elekrično kolo ili neki elemen elekričnog kola je linearan ako je ispunjen uslov: H (ax 1 ()bx 2 ())=ah (x 1 ())bh (x 2 ()) (1.2) Prema posavci zadaka, operaor H je d/d 3 i važi jednakos: H (ax 1 ()bx 2 ())=a dx 1() d 3x 1 () 3x 2 ()=ah (x 1 ())bh (x 2 ()) b dx 2() d (1.3) Iz jednačine (1.3) vidimo da je zadovoljen uslov linearnosi, j. elekrično kolo modelovano diferencijalnom jednačinom y() = dx()/d 3x() je linearno. Ukoliko je elekrično kolo vremenski invarijanno, vremenski oblik odziva ne zavisi od renuka uključenja eksiacije. Vremenska invarijannos elekričnog kola se može iskazai sa: y()=h (x()) y( 0 )=H (x( 0 )) (1.4) Dakle, ukoliko eksiacija odre denog alasnog oblika x() daje odziv alasnog oblika y(), onda će eksiacija ideničnog alasnog oblika pomjerenog za neki vremenski 8

GLAVA 1. ELEMENTI ELEKTRIČNIH KOLA inerval x( 0 ) dai isi odziv pomjeren za isi vremenski inerval y( 0 ). Ukoliko u jednačini (1.1) zamjenimo sa 0 i uvrsimo izraz za operaor H, dobija se: H (x( 0 ))= dx( 0) d pa je elekrično kolo vremenski invarijanno. 3x( 0 )=y( 0 ) (1.5) Zadaak 2. Na ulaz linearnog i vremenski invarijannog elekričnog kola se dovodi napon u() čiji je alasni oblik prikazan na Slici 1.1a. Izalazna sruja u om slučaju je daa na Slici 1.1b. Odredii alasni oblik izalzne sruje, ako je alasni oblik ulaznog napona u 1 () da na Slici 1.1c. u() i() u 1 () 2U 0 U 0 I 0 U 0 (a) Talasni oblik napona u(). (b) Odziv na napon u(). Slika 1.1 T (c) Talasni oblik napona u 1 (). Rješenje. Da bi se dobio raženi odziv, alasni oblik eksiacije u 1 () je porebno predsavii na odgovarajući način i iskorisii činjenicu da je elekrično kolo linearno i vremenski invarijanno. Napon u 1 () se može predsavii kao: u 1 ()=2u()u( 0 ) (1.6) kao šo je prikazano na Slici 1.2. Pošo je elekrično kolo linearno, odziv na eksiaciju 2u() (Slika 1.2b) će bii jednak 2i(), a pošo je elekrično kolo vremenski invarijanno odziv na eksiaciju u( 0 ) (Slika 1.2c) će bii jednak i( 0 ). Traženi odziv je: i 1 ()=2i()i( 0 ) (1.7) i prikazan je na Slici 1.3c. 9

1.2. ELEMENTI ELEKTRIČNIH KOLA SA JEDNIM PRISTUPOM u 1 () 2U 0 2u() 2U 0 u( 0 ) U 0 U 0 U 0 T (a) Talasni oblik napona u 1 (). T (b) Talasni oblik napona 2u(). Slika 1.2 T (c) Talasni oblik napona u( 0 ). 2i() 2I 0 i( 0 ) i 1 () 2I 0 I 0 I 0 (a) Talasni oblik napona 2i(). (b) Talasni oblik napona i( 0 ). Slika 1.3 T (c) Talasni oblik napona i 1 (). 1.2 Elemeni elekričnih kola sa jednim prisupom Zadaak 3. Odredii uslov pasivnosi idealizovanog, linearnog i vremenski nepromjenljivog opornika opornosi R. Rješenje. Elemen elekričnog kola je pasivan ako je zbir akumulisane energije u renuku 0 i energije koja se ulaže u elemen od renuka 0 do renuka veći ili jednak od nule: w()=w a ( 0 )w u ( 0, ) 0 (1.8) Energija koja se ulaže u elemen se može odredii preko ulazne snage, koja odre- duje brzinu prijema energije. Ulazna snaga se računa kao proizvod renune sruje koja proiče kroz opornik i() i napona na krajevima opornika u(), za usaglašene referenne smjerove. Na Slici 1.4 je prikazan opornik opornosi R sa usaglašenim referennim smjerovima sruje kroz opornik i R i napona na krajevima opornika u R. U eoriji elekričnih kola se u opšem slučaju, opornik modeluje implicinom funkcijom oblika: F(i, u, )=0 (1.9) 10

GLAVA 1. ELEMENTI ELEKTRIČNIH KOLA u R i R R Slika 1.4 Opornik opornosi R sa usaglašenim referennim smjerovima sruje i napona. Iz jednačine 1.9 vidimo da je karakerisika rezisivnih elemenaa daje odnos izme du sruje i napona, u nekom vremenskom renuku ili okom nekog vremenskog inervala. Ukoliko se jednačina (1.9) može predsavii eksplicino preko napona u=r(i, ), radi se o oporniku konrolisanim srujom, u supronom, ako se može izvesi jednačina oblika i = g(u, ) radi se o oporniku konrolisanim naponom. Jednačina (1.9) definiše familiju krivih u (i, u) ravni (Slika 1.5a), koja zavisi od vremena. U slučaju vremenski nepromjenljivih opornika, familija krivih se svodi na jednu krivu, nepromjenljivu u vremenu. Saička opornos se definiše za DC režim rada kao odnos jednosmejernog napona i jednosmjerne sruje R s = U 0 /I 0 u radnoj ački Q (Slika 1.5b). Dinamička opornos se definiše za AC režim pri čemu se napon i sruja mjenjaju unuar opsega svojih ampliuda. Soga, ukoliko (i, u) karakerisika nije linearna, reba uzei u obzir i njene lokalne promjene u AC režimu. Dinamička opornos se definiše kao odnos lokalnog prirašaja napona u i sruje i u okolini radne ačke Q (Slika 1.5b). u() 1 2 3 u() U 0 Q i u i() I 0 i() (a) Opša karakerisika opornika. (b) Saička i dinamička opornos. Slika 1.5 Pošo je idealizovani opornik srogo rezisivan, uslov pasivnosi da sa jedna- 11

1.2. ELEMENTI ELEKTRIČNIH KOLA SA JEDNIM PRISTUPOM činom (1.8) možemo pisai kao: w()=w u ( 0, )= 0 p(τ)dτ= 0 u(τ)i(τ)dτ (1.10) Iz jednačine (1.10) vidimo da bi w() bilo veće od nule, porebno je da napon i sruja budu isog znaka, j. karakerisika opornika mora da prolazi kroz prvi i reći kvadran u (i, u) ravni. U slučaju da je opornik konrolisan srujom: w()= 0 Ri(τ)i(τ)dτ=R 0 i 2 (τ)dτ (1.11) pa pošo je podinegralna funkcija poziivna, uslov pasivnosi je ispunjen ako je R 0. Ako je opornos opornika veoma velika, j. ako eoreski eži beskonačnosi, sruja kroz opornik je jednaka nuli, pa napon može imai bilo koju konačnu vrijednos. Tada opornik prelazi u ovorenu vezu. Ukoliko je opornos opornika zanemarivo mala, j. ako je jednaka nuli, radi se o krakom spoju kroz koji može da eče sruja bilo koje konačne vrijednosi. Zadaak 4. Odredii uslov pasivnosi idealizovanog, linearnog i vremenski nepromjenljivog kondenzaora kapaciivnosi C. u C i C C Slika 1.6 Kondenzaor kapaciivnosi C sa usaglašenim referenim smjerovima sruje i napona. Rješenje. U eoriji elekričnih kola, u opšem slučaju, kondenzaor se modeluje implicinom funkcijom oblika: F(q, u, )=0 (1.12) odnosno, kondenzaori daju odnos izme du količine naelekrisanja i napona u nekom vremenskom renuku ili u oku odre denog vremenskog inervala. Definiše se saička kapaciivnos, za DC režim rada, i dinamička kapaciivnos, za AC režim 12

GLAVA 1. ELEMENTI ELEKTRIČNIH KOLA q() 1 2 3 q() Q 0 Q u q u() U 0 u() (a) Opša karakerisika kondenzaora. (b) Saička i dinamička kapaciivnos. Slika 1.7 rada (Slika 1.7). Saička kapaciivnos je C s = Q 0 /U 0 u radnoj ački Q, dok je dinamička opornos jednaka odnosu prirašaja količine naelekrisanja q i napona u u okolini radne ačke. Pošo jačina sruje predsavlja brzinu prooka naelekrisanja, j. i() = d (q())/d, u slučaju vremenski nepromjenljivog kondenzaora kapaciivnosi C, dobija se odnos: i()= d du() (Cu ())=C (1.13) d d Kondenzaor je reakivan elemen, pa je uslov pasivnosi da sa: w()= w()=w a ( 0 )w u ( 0, )= w()= u(τ)c du(τ) dτ dτ= u() u( ) p(τ)dτ = 0 p(τ)dτ u(τ)i(τ)dτ Cu(τ)d(u(τ))= C 2 0 p(τ)dτ (1.14a) (1.14b) ( u 2 () u 2 ( ) ) (1.14c) Napon u renuku = se može proumačii kao napon na krajevima kondenzaora koji bi inicijalno posojao prilikom konsrukcije samog kondenzaora. Soga se može da se usvoji da je u( )=0, pa je w()=w a ( 0 )w u ( 0, )= 1 2 Cu2 () (1.15) 13

1.2. ELEMENTI ELEKTRIČNIH KOLA SA JEDNIM PRISTUPOM a pošo je u 2 () 0,, poreban uslov da linearan i vremenski nepromjenljiv kondenzaor bude pasivan jese C 0. Zadaak 5. Odredii uslov pasivnosi idealizovanog, linearnog i vremenski nepromjenljivog kalema indukivnosi L. u L i L L Slika 1.8 Kalem indukivnosi L sa usaglašenim referenim smjerovima sruje i napona. Rješenje. Slično kao u prehodnom primjerima (Zadaak 3 i Zadaak 4), opša karakerisika kalema se definiše implicinom funkcijom: F(Φ, i, )=0 (1.16) odakle vidimo da je kalem elemen koji daje vezu izme du fluksa i sruje u nekom vremenskom renuku ili okom nekog vremenskog inervala. U slučaju linearnog i vremenski nepromjenljivog kalema, analizom prirašaja energije se pokazuje da je poreban uslov pasivnosi kalema L 0. Zadaak 6. Dokazai da je napon na kondenzaoru u() neprekidna funkcija vremena, ako je sruja kroz kondenzaor konačna. Rješenje. Teorema o neprekidnosi napona na kondenzaoru govori da u slučaju ograničenih sruja kroz kondenzaor, napon na kondenzaoru ne može da se mjenja skokovio, j. neprekidna je funkcija vremena i važi u( 0 )=u( 0 ),. Promjena napona na krajevima kondenzaora od u je srazmjerna promjeni količine naelekrisanja q na njegovim elekrodama: u= 1 C q= 1 (q( ) q()) (1.17) C uvršavanjem veze izme du promjene količine naelekrisanja i sruje, dobija se: u= i(τ)dτ (1.18) 14

GLAVA 1. ELEMENTI ELEKTRIČNIH KOLA i(τ) u(τ) i(τ)dτ τ τ (a) Sruja u funkciji vremena. (b) Napon u funkciji vremena. Slika 1.9 Iz jednačine (1.18) se vidi da ako je podinegralna funkcija ograničena, j. ako sruja kroz kondenzaor ima konačnu vrijednos, vrijednos inegrala eži nuli za 0. Teorema o neprekidnosi napona na kondenzaoru ilusruje efeka konačne brzine prosiranja energije. Naime, da bi došlo do renune promjene napona na kondenzaoru, moralo bi doći do renune promjene količine naelekrisanja na pločama kondenzaora, za ša je porebna sruja beskonačne jačine. Kako je brzina kreanja elekrona konačna, ovaj uslov je prakično uvijek ispunjen. Me duim, u eoriji elekričnih kola se korise idealizovani modeli, pa je posoji mogućnos renune promjene napona na kondenzaoru, na ša posebno reba obraii pažnju. Zadaak 7. Dokazai da je sruja kroz kalem neprekidna funkcija vremena, ako je napon na krajevima kalema ograničen. Rješenje. Slično kao u prehodnom primjeru, eorema o neprekidnosi sruje kroz kalem ilusruje efeka konačne brzine prosiranja energije. Me duim, pošo se u eoriji elekričnih kola korisi idealizovani model kalema, porebno je pokazai koji uslovi reba da budu zadovoljeni da sruja kroz kalem bude neprekidna. Indukivnos predsavlja koeficijen srazmjernosi izme du sruje i fluksa, pa se može pisai da je promjena sruje kroz kalem jednaka: i= 1 L (Φ( ) Φ())= 1 L u(τ)dτ (1.19) Teorema o neprekidnosi sruje kroz kalem kaže da ako je napon na krajevima kalema ograničena funkcija vremena da i 0 kada 0. 15

1.2. ELEMENTI ELEKTRIČNIH KOLA SA JEDNIM PRISTUPOM Zadaak 8. Koliku količinu energije reba predai linearnom i vremenski nepromjenljivom kondenzaoru, kapaciivnosi C, da bi napon na njegovim krajevima posao ri pua veći od počenog napona U 0? Rješenje. U počenom renuku 0, napon na krajevima kondenzaora iznosi U 0. Energija koja se od renuka 0 do renuka preda kondenzaoru je jednaka: w( 0, )= 0 p(τ)dτ= C u() u( 0 ) u(τ)d(u(τ)) (1.20a) w( 0, )= 1 2 Cu2 () u() u( 0 ) = 1 2 C( u 2 () u 2 ( 0 ) ) (1.20b) Prema uslovu zadaka je u( 0 )=U 0, a u odre denom renuku napon reba da bude ri pua veći, pa je u()=3u 0. Soga je ukupna energija koju reba predai kondenzaoru jednaka: w( 0, )= 1 2 C( 9 0 U2 0) = 4CU 2 0 (1.21) Zadaak 9. Linearan, vremenski promjenljiv opornik, čija je opornos odre dena izrazom R()=R 0 /T, 0 3T, priključen je na krajeve prosoperiodičnog srujnog generaora i g ()= 2I cos(ω),ω=2π/t (Slika 1.10). Odredii renunu ulaznu snagu opornika i energiju koja se u oporniku prevara u oplou u vremenskim inervalima [0, T], [T, 2T] i [2T, 3T]. i R i g () 2I i g () R u R T (a) Serijska veza srujnog generaora i opornik promjenljive opornosi. (b) Sruja generaora u funkciji vremena. Slika 1.10 16

GLAVA 1. ELEMENTI ELEKTRIČNIH KOLA Rješenje. Trenuna snaga je odre dena proizvodom renune vrijednosi sruje i renune vrijednosi napona, a pošo kroz opornik proiče sruja odre dena srujnim generaorom, j. opornik je konrolisan srujom, može se pisai: p()=u()i()=r()i 2 ()=2R 0 I 2 T cos2 (ω),0 3T (1.22) Idealan opornik svu primljenu energiju prevara u oplou, pa je količina energije porošena od srane opornika od renuka 0 do renuka jednaka: w( 0, )= 0 p(τ)dτ= 0 2I 2 R T τ cos2 (ω) dτ (1.23a) w( 0, )= I2 R T 0 τ (1cos (2ω)) dτ (1.23b) parcijalnom inegracijom i uvršavanjem granica se dobija: [ w( 0, )= I2 R τ 2 T 2 τ ] 1 sin (2ωτ) cos (2ωτ), 0 3T (1.24) 2ω 4ω2 0 Uvršavanjem odgovarajućih vrijednosi za ražene vremenske inervale u jednačinu 1.24 dobija se: w(0, T)=I 2 RT/2 w(t, 2T)=3I 2 RT/2 (1.25) w(2t, 3T)=5I 2 RT/2 1.3 Elemeni elekričnih kola sa dva prisupa Zadaak 10. Ukoliko na drugi prisup idealnog ransformaora priključimo kompleksnu impedansu Z, odredii ulaznu impedansu prvog prisupa. Rješenje. Idealni ransformaor predsavlja graniči slučaj savršenog ransformaora, koji pored zanemarive ermogene opornosi i rasipanja fluks ima i zanemarivo malu magnenu opornos. Jednačine idealnog ransformaora u kompleksnom domenu su: = m = 1 m I (1.26) 2 Ukoliko na drugi prisup idealnog ransformaora priključimo kompleksnu impedansu Z (Slika 1.12), u skladu sa naznačenim referennim smjerovima je: = Z I 2 (1.27) 17

1.3. ELEMENTI ELEKTRIČNIH KOLA SA DVA PRISTUPA I 2 m : 1 Slika 1.11 Idealni ransformaor. Kombinovanjem jednačina (1.26) i (1.27) se dobija ražena ulazna impedansa: = = m 2 Z (1.28) Ukoliko kompleksnu impedansu Z zamjenimo sa rednom vezom opornika opornosi R, kondenzaora kapaciivnosi C i kalema indukivnosi L, u om slučaju je ulazna impedansa jednaka: ( = m 2 R jωl 1 )=m 2 R jωm 2 L m2 jωc jωc (1.29) Vidimo da se opornik opornosi R preslikava u opornik opornosi m 2 R, da se kalem indukivnosi L preslikava u kalem indukivnosi m 2 L i da se kondenzaora kapaciivnosi C preslikava u kondenzaor kapaciivnosi C/m 2. Dakle idealni ransformaor je elemen sa dva prisupa kojim je moguće skalirai paramere impedanse a da se pri ome ne mijenja njihova priroda, dakle idealni ransformaor ima osobinu poziivnog konverovanja impedanse. I 2 m : 1 Z m : 1 Z (a) Idealni ransformaor operećen impedansom. (b) Referenni smjerovi sruje i napona. Slika 1.12 18

GLAVA 1. ELEMENTI ELEKTRIČNIH KOLA Zadaak 11. Izračunai ulaznu opornos idealnog žiraora, ako je na njegov drugi kraj vezan opornik opornosi R, ako je vezan kondenzaor kapaciivnosi C i ako je vezan kalem indukivnosi L. Preposavii da je režim prosoperiodičan. Rješenje. Na Slici 1.13 su prikazana šemaski simboli dva ipa žiraora u slučaju srujnog konrolisanja. Tipovi žiraora se razlikuju po načinu realizacije i jednačinama kojima se opisuju. Paramear r ima dimenziju opornosi i naziva se unurašnja žiraorska opornos. I 2 r I 2 r (a) Prvi ip idealnog žiraora. (b) Drugi ip idealnog žiraora. Slika 1.13 Za prvi ip idealnog žiraora, važi sisem jednačina: = ri 2 = r dok za drugi ip idealnog žiraora važe jednačine: = ri 2 (1.30a) (1.30b) (1.31a) = r (1.31b) Ukoliko se korisi prvi ip idealnog žiraora i ako se na njegov drugi prisup veže opornik opornosi R, prema referennim smjerovima sa Slike 1.14b može se napisai sljedeća jednačina: = RI 2 (1.32) Kombinovanjem jednačina (1.30a) i (1.32), dobija se ulazna impedansa: = = r2 R (1.33) Dakle, ukoliko na drugi prisup žiraora vežemo opornik opornosi R, ulazna impedansa je ekvivalena oporniku opornosi r 2 /R. 19

1.3. ELEMENTI ELEKTRIČNIH KOLA SA DVA PRISTUPA r I 2 r R R (a) Žiraor operećen opornikom. (b) Referenni smjerovi sruje i napona. Slika 1.14 Ukoliko da drugi prisup žiraora vežemo kondenzaor kapaciivnosi C, kao šo je prikazano na Slici 1.15, vidimo da je napona na drugom prisupu jednak: = 1 jωc I 2 (1.34) Kombinovanjem jednačina (1.30a) i (1.34) dobija se ulazna impedansa: = = jωr 2 C (1.35) Jednačina (1.35) kaže da kompleksni napon fazno prednjači u odnosu na kompleksnu sruju, ako da je ulazna impedansa inudkivnog karakera, pri čemu je ekvivalenna indukivnos L ek = r 2 C. I 2 r r C C (a) Žiraor operećen kondenzaorom. (b) Referenni smjerovi sruje i napona. Slika 1.15 U slučaju kada je na drugi prisup žiraora priključen kalem indukivnosi L (Slika 1.16) napon na drugom prisupu je: = jωli 2 (1.36) 20

GLAVA 1. ELEMENTI ELEKTRIČNIH KOLA r I 2 r L L (a) Žiraor operećen kalemom. (b) Referenni smjerovi sruje i napona. Slika 1.16 Kombinovanjem jednačina (1.30a) i (1.36) dobija se ulazna impedansa: = = r2 jωl (1.37) U ovom slučaju, ulazna impedansa je kapaciivnog karakera i njena ekvivalenna kapaciivnos iznosi C ek = L/r 2. Dakle, žiraor je elemen sa dva prisupa kojim je moguće ransformaisai prirodu reakivnih elemenaa, j. žiraor ima svojsvo inverovanja impedanse. Posebno je pogodan za simulaciju velikih indukvnosi, pomoću kondenzaora male kapaciivnosi. Zadaak 12. Idealizovani operacionog pojačavača, čije je naponsko pojačanje jednako µ predsavii preko ekvivalennog naponski konrolisanog naponskog generaora. Analizu izvršii u vremenskom domenu. Rješenje. Operacioni pojačavač predsavlja naponsko konrolisani naponski generaor. Realni operacioni pojačavač ima akve karakerisike koje ga čine pogodnim za realizaciju osnovnih maemaičkih funkcija, ima veliku ulaznu opornos, malo izlaznu opornos i veliko naponsko pojačanje. Me duim, ne smiju se zanemarii njegove frekvenne karakersiike, jer koeficijena naponskog pojačanja opada sa porasom frekvencije. Idealni operacioni pojačavač ima veliku ulaznu opornos R i, veoma malo izlaznu opornos R o 0 i konsanno naponsko pojačanjeµ=cons., kao šo je prikazano na Slici 1.17b. Ukoliko se posebno naglasi, idealni operacioni pojačavač ima beskonačno veliko naponsko pojačanje µ. Pošo je u ovom graničnom slučaju izlazni napon operacionog pojačavača konačan, s obzirom na beskonačno pojačanje, ulazni napon mora bii jednak nuli. u 1 ()=0 (1.38) 21

1.3. ELEMENTI ELEKTRIČNIH KOLA SA DVA PRISTUPA i 1 () i 2 () u 1 () µ u 2 () u 1 () µu 1 () u 2 () (a) Idealizovani operacioni pojačavač. (b) Ekvivalenna šema idealizovanog operacionog pojačavača. Slika 1.17 Vrijednos napona na izlazu može bii bilo koja konačna vrijednos, koja se dobija iz Kirhofovih zakona posavljenih za osaak kola. Ukoliko je napon izme du dvije ačke u kolu jednak nuli u bilo kojem vremenskom renuku (1.38), e dvije ačke se nalaze u krakom spoju. Me duim, ulazni priključci operacionog pojačavača nisu fizički krako spojeni, pa se kaže da su viruelno krakospojeni. Pored jednačine (1.38), za operacioni pojačavač sa konačnim naponskim pojačanjem u vremenskom domenu (Slika 1.17b) važi: u 2 ()=µu 1 () (1.39) Na Slici 1.17b je prikazana ekvivalenna šema idealizovanog operacionog pojačavača, koji je prikazan kao naponski konrolisan naponski gneraor. Njegova ulazna eži beskonačnosi i predsavljena je ovorenom vezom, dok je izlazna opornos zanemarivo mala i predsavlja kraak spoj. Izlazni napon u 2 () je konrolisan ulaznim naponom u 1 () i odre den je naponskim poja vcanjem µ. 22