Σήµατα, Συστήµατα και Κυκλώµατα συνεχούς χρόνου

Σχετικά έγγραφα
Πρόλογος... i ΑΝΑΦΟΡΕΣ ΓΙΑ ΠΕΡΑΙΤΕΡΩ ΜΕΛΕΤΗ... 77

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1. ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ 2. ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ

ΘΕΜΑ 2 1. Υπολογίστε την σχέση των δύο αντιστάσεων, ώστε η συνάρτηση V

περιεχομενα Πρόλογος vii

1.5 1 Ο νόμος των ρευμάτων του Kirchhoff Ο νόμος των τάσεων του Kirchhoff Το θεώρημα του Tellegen 13

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ. 1-3 Κέρδος Τάσης του ιαφορικού Ενισχυτή µε FET s 8

1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟ MATLAB... 13

Περιεχόμενα. σελ. Πρόλογος 1 ης Έκδοσης... ix Πρόλογος 2 ης Έκδοσης... xi Εισαγωγή... xiii

Προηγµένες Υπηρεσίες Τηλεκπαίδευσης στο Τ.Ε.Ι. Σερρών

4. ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΟΥ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΥ FOURIER

Όταν θα έχουµε τελειώσει το Κεφάλαιο αυτό θα µπορούµε να:

Γράφημα της συνάρτησης = (δηλ. της περιττής περιοδικής επέκτασης της f = f( x), 0 x p στο R )

ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ LAPLACE

ΣΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ. Εισαγωγή στα Σήµατα Εισαγωγή στα Συστήµατα Ανάπτυγµα - Μετασχηµατισµός Fourier Μετασχηµατισµός Z

ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ ΓΕΝΙΚΟ ΤΜΗΜΑ

4. ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΟΥ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΥ FOURIER

Άσκηση: Ένα σύστηµα µε είσοδο u(t), έξοδο y(t) και διάνυσµα κατάστασης x(t) = (x 1 (t) x 2 (t)) T περιγράφεται από το ακόλουθο διάγραµµα:

(s) V Ιn. ΘΕΜΑ 1 1. Υπολογίστε την συνάρτηση µεταφοράς τάσης του. του κυκλώµατος και χαρακτηρίστε το.

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

iii ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Πρόλογος

Ι. Ν. ΛΥΓΟΥΡΑΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ Δ. Π. Θ

ΒΑΣΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ - ΜΙΚΡΟΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ Ι Ο ΤΕΛΕΣΤΙΚΟΣ ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ

ΚΥΡΙΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΘΕΩΡΙΑ ΣΗΜΑΤΩΝ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

Δυναμική Μηχανών I. Σύνοψη Εξεταστέας Ύλης

Τελεστικοί Ενισχυτές

Διάρκεια εξέτασης 2 ώρες

ΣΥΝΟΠΤΙΚΗ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ

Περιεχόμενα. 1. Ειδικές συναρτήσεις. 2. Μιγαδικές Συναρτήσεις. 3. Η Έννοια του Τελεστή. Κεφάλαιο - Ενότητα

ορίσουμε το Μετασχηματισμό Laplace (ML) και το Μονόπλευρο Μετασχηματισμό Laplace (MML) και να περιγράψουμε τις βασικές διαφορές τους.

ΕΥΑΙΣΘΗΣΙΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ

Μεταβατική Ανάλυση - Φάσορες. Κατάστρωση διαφορικών εξισώσεων. Μεταβατική απόκριση. Γενικό μοντέλο. ,, ( ) είναι γνωστές ποσότητες (σταθερές)

ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ FOURIER ΔΙΑΚΡΙΤΟΥ ΧΡΟΝΟΥ

Δυναμική Μηχανών I. Διάλεξη 22. Χειμερινό Εξάμηνο 2013 Τμήμα Μηχανολόγων Μηχ., ΕΜΠ

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ. Ενότητα : ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ Ζ (ΖTransform)

ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΤΟΥ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ

Επικοινωνίες στη Ναυτιλία

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

2. ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ. Γενικά τι είναι σύστηµα - Ορισµός. Τρόποι σύνδεσης συστηµάτων.

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΟΥ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΥ FOURIER

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 7: Μετασχηματισμός Fourier. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

9.1 Παράµετροι και περιγραφή διθύρων Περιγραφή µε την µήτρα g 538

Εξαρτημένες Πηγές και Τελεστικός Ενισχυτής

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Σήματα και Συστήματα

Παραρτήματα. Παράρτημα 1 ο : Μιγαδικοί Αριθμοί

Μετασχηµατισµός FOURIER ιακριτού χρόνου DTFT

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 2: Στοιχειώδη Σήματα Συνεχούς Χρόνου. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

Δυναμική Μηχανών I. Επίλυση Προβλημάτων Αρχικών Συνθηκών σε Συνήθεις. Διαφορικές Εξισώσεις με Σταθερούς Συντελεστές

ΣΕΙΡΕΣ ΚΑΙ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΙ FOURIER. e ω. Το βασικό πρόβλημα στις σειρές Fourier είναι ο υπολογισμός των συντελεστών c

Σήματα και Συστήματα

Τελεστικοί Ενισχυτές

Ο Μετασχηματισμός Ζ. Ανάλυση συστημάτων με το μετασχηματισμό Ζ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ. ΘΕΩΡΙΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ και ΣΗΜΑΤΩΝ Σ.Δ. Φωτόπουλος 1/22

Μαθηματικά μοντέλα συστημάτων

Παρατηρήσεις για το µετασχηµατισµό Laplace

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα. Τίτλος Μαθήματος

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΦΙΛΤΡΑ

Σήματα και Συστήματα. Νόκας Γιώργος

Ιατρικά Ηλεκτρονικά. Χρήσιμοι Σύνδεσμοι. ΙΑΤΡΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ - ΔΙΑΛΕΞΗ 5γ. Σημειώσεις μαθήματος: E mail:

ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΕΠΟΠΤΙΚΟ ΥΛΙΚΟ

Υπολογίζουμε εύκολα τον αντίστροφο Μετασχηματισμό Fourier μιας συνάρτησης χωρίς να καταφεύγουμε στην εξίσωση ανάλυσης.

Μετασχηµατισµοί Laplace, Αναλογικά Συστήµατα, ιαφορικές Εξισώσεις

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Σήματα και Συστήματα

Τελεστικοί Ενισχυτές. Σπύρος Νικολαΐδης Αναπληρωτής Καθηγητής Τομέας Ηλεκτρονικής & ΗΥ Τμήμα Φυσικής

Συναρτήσεις και κυκλώµατα 2ης τάξης

ΘΕΩΡΙΑ ΣΗΜΑΤΩΝ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ. Εµµανουήλ Ζ. Ψαράκης Πολυτεχνική Σχολή Τµήµα Μηχανικών Η/Υ & Πληροφορικής

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες. Δομή της παρουσίασης

ΘΕΩΡΙΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ. Κεφάλαιο 4 : Σήματα Χρήστος Ξενάκης. Πανεπιστήμιο Πειραιώς, Τμήμα Ψηφιακών Συστημάτων

Κεφάλαιο 4. Απόκριση συχνότητας

( t) όπου το * αντιστοιχεί σε συνέλιξη και. (t 2) * x 2

Σύστημα και Μαθηματικά μοντέλα συστημάτων

Περιγραφή Συστηµάτων Αυτοµάτου Ελέγχου

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Σήματα και Συστήματα

ΘΕΩΡΙΑ ΣΗΜΑΤΩΝ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ. Μετασχηµατισµός Laplace. Εµµανουήλ Ζ. Ψαράκης Πολυτεχνική Σχολή Τµήµα Μηχανικών Η/Υ & Πληροφορικής

ΣΤΗΑ ΨΕΣ /4/2013 2:12 πµ

Ο μετασχηματισμός z αντιστοιχεί στην ακολουθία συνάρτηση: Xz ()

ΘΕΩΡΙΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ. Κεφάλαιο 4 : Σήματα Διάλεξη: Κώστας Μαλιάτσος Χρήστος Ξενάκης, Κώστας Μαλιάτσος. Πανεπιστήμιο Πειραιώς, Τμήμα Ψηφιακών Συστημάτων

Θέματα Εξετάσεων Ιουνίου 2003 στο μάθημα Σήματα και Συστήματα και Λύσεις

Ενισχυτές Μετρήσεων. 3.1 Ο διαφορικός Ενισχυτής

e 5t (sin 5t)u(t)e st dt e st dt e 5t e j5t e st dt s j5 j10 (s + 5 j5)(s j5)

( s ) Παραγώγιση στο χρόνο. Ολοκλήρωση στο χρόνο. Θεώρηµα αρχικής και τελικής τιµής Ο ΜΟΝΟΠΛΕΥΡΟΣ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ LAPLACE. Σεραφείµ Καραµπογιάς

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΜΕΡΟΣ ΠΡΩΤΟ ΘΕΩΡΙΑ

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 9: Μελέτη ΓΧΑ Συστημάτων με τον Μετασχηματισμό Fourier. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

ΘΕΩΡΙΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ. Κεφάλαιο 7-8 : Συστήματα Δειγματοληψία Χρήστος Ξενάκης. Πανεπιστήμιο Πειραιώς, Τμήμα Ψηφιακών Συστημάτων

0 f(t)e st dt. L[f(t)] = F (s) =

ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΟ ΓΕΝΙΚΟ ΠΛΑΝΟ 2019Κ7-1

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ IΙ Ενότητα 7

Συστήματα Αυτόματου Ελέγχου

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2. Ανάλυση Ηλεκτρικού Σήµατος

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

2.9 ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΠΕΡΙΟΡΙΣΤΩΝ Τρανζίστορ Διπολικής Επαφής (BJT) ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΤΡΑΝΖΙΣΤΟΡ ΔΙΠΟΛΙΚΗΣ ΕΠΑΦΗΣ (BJT)...131

1) Να σχεδιαστούν στο matlab οι γραφικές παραστάσεις των παρακάτω ακολουθιών στο διάστημα, χρησιμοποιώντας τις συναρτήσεις delta και step.

ΑΝΑΠΤΥΓΜA - ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ FOURIER ΑΝΑΛΟΓΙΚΩΝ ΣΗΜΑΤΩΝ. Περιγράψουµε τον τρόπο ανάπτυξης σε σειρά Fourier ενός περιοδικού αναλογικού σήµατος.

Συστήµατα τα οποία χαρακτηρίζονται από γραµµικές εξισώσεις διαφορών µε σταθερούς συντελεστές

Συστήματα Επικοινωνιών Ι

Στο Κεφάλαιο 9 παρουσιάζεται μια εισαγωγή στις ψηφιακές ζωνοπερατές επικοινωνίες.

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

ΣΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Ι

11 ο ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

Transcript:

Ηρακλής Γ. Δηµόπουλος Διπλ. Ηλ/γος Μηχανικός ΕΜΠ, DIC, PhD Καθηγητής Τµ. Ηλεκτρονικής ΤΕΙ Πειραιά Σήµατα, Συστήµατα και Κυκλώµατα συνεχούς χρόνου Εκδόσεις

Τίτλος Βιβλίου: Σήµατα, Συστήµατα και Κυκλώµατα συνεχούς Χρόνου ISBN 978-960-92405-0-5 Συγγραφέας: Ηρακλής Γ. Δηµόπουλος, PhD Εκδότης - Επιµέλεια Εκδοσης: Ηρακλής Γ. Δηµόπουλος Πρώτη έκδοση: 2003 Δεύτερη έκδοση: 2009 Ηρ. Γ. Δηµόπουλος Επικοινωνία - Παραγγελίες: hdimop@teipir.gr Απαγορεύεται η αναπαραγωγή µέρους ή όλου του βιβλίου αυτού µε οποιοδήποτε µέσο και σε οποιαδήποτε µορφή, χωρίς την έγγραφη άδεια του συγγραφέα. Επιτρέπεται η µερική αναπαραγωγή γιά ακαδηµαϊκη µόνον χρήση που δεν αποφέρει οικονοµικά οφέλη, υπό τον όρο ότι θα ενηµερώνεται ο συγγραφέας και θα αναφέρεται η πηγή.

Περιεχόµενα Πρόλογος...xii Κεφάλαιο 1 Εισαγωγή στα σήµατα και συστήµατα 1.1 Βασικές έννοιες και ορισµοί...18 1.1.1 Ιδιότητες και ταξινόµηση συστηµάτων και κυκλωµάτων...21 Γραµµικότητα...21 Χρονική µεταβολή...22 Αιτιοκρατικότητα (Causality)...23 Συστήµατα µε ή χωρίς µνήµη...24 Παθητικότητα...24 Διαστάσεις και συγκέντρωση παραµέτρων στα κυκλώµατα...25 Συνεχής /Διακριτός χρόνος - Αναλογικά/Ψηφιακά συστήµατα.26 1.1.2 Παράσταση συστηµάτων...26 Σύνδεση συστηµάτων...26 Συστήµατα µε ανάδραση (feedback)...27 Αντιστροφα συστήµατα...28 1.1.3 Ευστάθεια...28 1.2 Τα Σήµατα και οι Ιδιότητές τους...29 1.2.1 Γενικοί χαρακτηρισµοί σηµάτων...30 Νοµοτελειακά-τυχαία σήµατα (deterministic-random)...30 Αιτιοκρατικά ή µονόπλευρα σήµατα (causal ή one sided)...30 Περιοδικά και µη περιοδικά σήµατα...31 Ενεργειακά σήµατα και σήµατα ισχύος...34 Ιδιότητες συµµετρίας (άρτια και περιττά σήµατα)...35 Αρτιο και περιττό µέρος αιτιοκρατικών σηµάτων...37 Συνεχή και ασυνεχή σήµατα...38 1.2.2 Χαρακτηριστικά µεγέθη σηµάτων...39 Μέση τιµή ή συνεχής συνιστώσα περιοδικού σήµατος...39 Ενεργός τιµή ή τιµή RΜS...40 Κύκλος Καθήκοντος...41 Συντελεστής κορυφής (Crest factor)...41 Διάρκεια - Σταθερά χρόνου...42 -iii-

1.3 Μετασχηµατισµοί σηµάτων...42 Κλιµάκωση χρόνου...42 Αντιστροφή χρόνου...44 Χρονική µετατόπιση (ολίσθηση)...45 Μετασχηµατισµοί πλάτους...49 1.4 Ειδικά Σήµατα...49 1.4.1. Το Μοναδιαίο Βηµατικό σήµα u(t) (Heaviside Unit Step)...49 Το σήµα προσήµου (signum)...52 Το επικλινές σήµα (ramp)...52 1.4.2 Το Μοναδιαίο Κρούστικό σήµα δ(t) (Unit Impulse)...53 1.4.3 Παράσταση σηµάτων µε κρουστικά...56 1.4.4 Βηµατική και Κρουστική απόκριση...60 1.4.5 Οι συναρτήσεις sinc(x) και Si(x)...60 1.5 Κοινά σήµατα...62 1.5.1 Το Ηµιτονικό σήµα...62 1.5.2 Πραγµατικό εκθετικό σήµα...63 1.5.3 Εκθετικά µεταβαλλόµενο συνηµιτονικό σήµα...65 1.6 Περιγραφή των σηµάτων στο πεδίο συχνοτήτων...65 Εύρος ζώνης σήµατος...69 Ασκήσεις και προβλήµατα...73 Κεφάλαιο 2 Τα Ηλεκτρικά Στοιχεία 2.1 Εισαγωγή...82 2.2 Οι Αντιστάτες...85 2.2.1 Γραµµικοί Αντιστάτες...86 Ο Γραµµικός Αρνητικός Αντιστάτης...87 Βραχυκύκλωµα και Ανοιχτοκύκλωµα...87 2.2.2 Μη γραµµικοί αντιστάτες...88 2.3 Ο Επαγωγέας ως στοιχείο κυκλωµάτων...90 2.4 Ο πυκνωτής ως στοιχείο κυκλωµάτων...95 2.5 Παρασιτικά φαινόµενα και ρεαλιστικά µοντέλα...98 2.6 Ανεξάρτητες πηγές τάσης και ρεύµατος...100 2.6.1 Ανεξάρτητες πηγές τάσης...101 2.6.2 Ανεξάρτητες πηγές ρεύµατος...102 2.6.3 Ισοδυναµία Thevenin - Norton...103 2.6.4 Σύνδεση πηγών τάσης...104 -iv-

Σύνδεση ιδανικών πηγών τάσης...104 Σύνδεση πραγµατικών πηγών τάσης...105 2.6.5 Σύνδεση πηγών ρεύµατος...107 Παράλληλη σύνδεση πηγών ρεύµατος...107 Σύνδεση πηγών ρεύµατος στη σειρά...108 2.6.6 Μετασχηµατισµοί πηγών...109 2.7 Εξαρτηµένες πηγές...110 Γραµµικά µοντέλα transistor... 111 2.8 Ισχύς και ενέργεια...115 2.9 Η τελεστική αντίσταση...118 2.10 Ο µετασχηµατιστής ως στοιχείο κυκλωµάτων...121 Ο ιδανικός Μετασχηµατιστής...123 2.11 Ο Τελεστικός Ενισχυτής ως στοιχείο κυκλωµάτων...127 2.11.1 Ο Ιδανικός Τελεστικός Ενισχυτής...127 2.11.2 Απλά Κυκλώµατα µε Τελεστικούς Ενισχυτές...130 Ο Ακολουθητής Τάσης (Voltage follower ή buffer)...130 Ο Αντιστρεπτικός Ενισχυτής Τάσεως (Inverting Amplifier). 131 Ο Αντιστρεπτικός ολοκληρωτής και διαφοριστής...132 Ο Αφαιρέτης...135 Ο Μη Αντιστρεπτικός Ενισχυτής (Non Inverting Amplifier) 136 Ο Αρνητικός Γραµµικός Αντιστάτης...137 Μη Αντιστρεπτικός Ολοκληρωτής...138 Ενας Αρνητικός Μετατροπέας...139 Κύκλωµα Riordan...139 Προσοµοιωµένο Πηνίο Riordan...141 Κύκλωµα Antoniou...142 Προσοµοιωµένο πηνίο µε έναν ΤΕ...144 2.12 Ατέλειες των Πραγµατικών Τελεστικών Ενισχυτών...145 2.12.1 Το πεπερασµένο κέρδος...145 2.12.2 Αλλες ατέλειες...148 2.12.3 Γραµµική και µη γραµµική λειτουργία ΤΕ...150 Ασκήσεις και προβλήµατα...152 Κεφάλαιο 3 Συστήµατα στο Πεδίο του Χρόνου Εισαγωγή...160 3.1 Απόκριση µηδενικής εισόδου (φυσική απόκριση)...160 -v-

3.2 Εξαναγκασµένη απόκριση...164 3.3 Η πλήρης απόκριση...166 3.5 Η βηµατική και η κρουστική απόκριση...168 3.5.1 Η βηµατική απόκριση...168 3.5.2 Η κρουστική απόκριση...170 3.6 Η συνέλιξη...173 3.6.1 Ιδιότητες της συνέλιξης...175 3.6.2 Η συνέλιξη παραστατικά...178 3.7 Λειτουργικά µπλοκ- Σύνδεση συστηµάτων...181 3.8 Απόκριση σε µιγαδική εκθετική διέγερση...184 3.9 Περιγραφή συστήµατος µε διαφορική εξίσωση...187 3.9.1 Βασικές λειτουργικές βαθµίδες...189 3.9.2 Παράσταση, υλοποίηση ή προσοµοίωση συστηµάτων LTI...190 Ασκήσεις και προβλήµατα...194 Κεφάλαιο 4 Η Σειρά Fourier Εισαγωγή...198 4.1 Ανάλυση περιοδικών σηµάτων σε σειρά Fourier...204 4.2 Τεχνικές υπολογισµού συντελεστών σειράς Fourier...217 4.2.1 Απλοποίηση υπολογισµών λόγω συµµετρίας...217 Αρτια σήµατα...217 Περιττά σήµατα...218 συµµετρία ηµιπεριόδου...218 άρτια συµµετρία τεταρτοπεριόδου...219 περιττή συµµετρία τεταρτοπεριόδου...219 4.2.2 Σειρές µετασχηµατισµένων περιοδικών σηµάτων...219 Κλιµάκωση πλάτους...219 Χρονική αντιστροφή...220 Προσθήκη σταθεράς...220 Χρονική µετατόπιση...220 4.2.3 Υπολογισµός των συντελεστών µε παραγώγιση...220 4.3 Προσέγγιση σήµατος - Φιλτράρισµα...241 4.4 Δίπλευρα διακριτά φάσµατα...246 Ασκήσεις και Προβλήµατα...250 -vi-

Κεφάλαιο 5 Ο Μετασχηµατισµός Fourier Εισαγωγή...256 5.1 Η Εννοια και ο ορισµός του µετασχηµατισµού...257 5.2 Ιδιότητες του µετασχηµατισµού Fourier...261 5.3 Το πραγµατικό και φανταστικό µέρος της F(jω)...269 5.3.1 Σχέση άρτιου και περιττού µέρους µε R(ω) και X(ω)...272 5.3.2 Σχέση R(ω) και X(ω) της F(jω)...273 5.3.3 Μετασχηµατισµός Hilbert...274 5.4 Μετασχηµατισµός Fourier περιοδικών σηµάτων...276 5.5 Εφαρµογές του µετασχηµατισµού Fourier...286 5.5.1 Μετασχηµατισµός κυκλωµάτων...286 5.5.2 Υπολογισµοί κυκλωµάτων στο πεδίο του χρόνου...289 5.5.3 Απόκριση στο πεδίο συχνοτήτων - Συνάρτηση µεταφοράς...294 5.5.4. Απόκριση σε µιγαδική εκθετική διέγερση - ΜΗΚ...299 5.5.5 Φάσµατα...300 5.5.6 Φάσµατατική πυκνότητα ενέργειας και ισχύος...302 5.5.7 Ιδανική µετάδοση και ιδανικά φίλτρα...307 5.5.8 Διαµόρφωση πλάτους...316 5.5.9 Μια σηµαντική παρατήρηση...319 5.5.10. Πολυπλεξία συχνότητος (FDM)...321 5.5.11 Δειγµατοληψία (sampling)...323 Ασκήσεις και προβλήµατα...329 Κεφάλαιο 6 Ο Μετασχηµατισµός Laplace Εισαγωγή...338 6.1 Ορισµός του µετασχηµατισµού Laplace...340 6.2 Ιδιότητες του µετασχηµατισµού Laplace...349 6.3 Αντιστροφή του µετασχηµατισµού Laplace...361 6.3.1 Αντιστροφή πρωτοβάθµιων όρων...361 6.3.2 Αντιστροφή δευτεροβαθµίων όρων...364 6.4 Ανάλυση ρητών συναρτήσεων σε µερικά κλάσµατα...368 6.4.1 Υπόλοιπα απλών πόλων...369 6.4.2 Υπόλοιπα πολλαπλών πόλων...370 6.4.3 Υπόλοιπα µιγαδικού ζεύγους πόλων...372 -vii-

6.5 Σχέση µετασχηµατισµών Fourier και Laplace...375 6.6 Ο µετασχηµατισµός Laplace στα κυκλώµατα...379 6.6.1 Μετασχηµατισµένα στοιχεία και κυκλώµατα...380 6.6.2 Εφαρµογές...384 Ασκήσεις και προβλήµατα...400 Κεφάλαιο 7 Συστήµατα και Κυκλώµατα στο πεδίο-s 7.1 Η γενική έννοια της συνάρτησης κυκλώµατος...406 7.1.1 Αλγεβρα συναρτήσεων µεταφοράς - Μπλοκ...410 7.2 Πόλοι και µηδενικά...414 7.3 Οδηγούσες συναρτήσεις κυκλωµάτων...416 7.4 Συναρτήσεις µεταφοράς τάσεως και ρεύµατος...418 7.5 Απόκριση πλάτους και φάσης κατά συχνότητα...421 7.6 Διαγράµµατα Bode...425 7.7 Καµπύλες από το διάγραµµα πόλων-µηδενικών...439 7.8 Παράσταση Οδηγουσών συναρτήσεων...441 7.9 Ευστάθεια...450 7.10 Εισαγωγή στους Ταλαντωτές...463 7.10.1 Παράλληλος LC ταλαντωτής...465 7.10.2 Σειριακός LC ταλαντωτής...465 7.10.3 Ταλαντωτές γέφυρας Wien...466 7.10.4 Ταλαντωτές Colpitts και Hartley...467 7.10.5 Ταλαντωτής µετατόπισης φάσης...469 Ασκήσεις και προβλήµατα...471 Κεφάλαιο 8 Συναρτήσεις και Κυκλώµατα 2ης Τάξης 8.1 Συναρτήσεις και κυκλώµατα 1ης τάξης...484 8.2 Ενεργά κυκλώµατα 1ης τάξης...486 8.2.1 Ενεργά κυκλώµατα 1ης τάξης αρνητικού κέρδους...487 8.2.2 Ενεργά κυκλώµατα 1ης τάξης θετικού κέρδους...488 8.3 Συναρτήσεις και κυκλώµατα 2ης τάξης...490 8.4 Βαθυπερτή συνάρτηση και κυκλώµατα 2ης τάξης...492 8.4.1 Βαθυπερατό Φίλτρο 2ης τάξης Sallen and Key...498 -viii-

8.5 Υψιπερατή συνάρτηση και κυκλώµατα 2ης τάξης...502 8.6 Ζωνοδιαβατή µεταφοράς και κυκλώµατα 2ης τάξης...507 8.6.1 Το ζωνοδιαβατό Sallen and Key...509 8.6.2 Το κύκλωµα Δεληγιάννη...511 8.7 Συνάρτηση αποκοπης ζώνης 2ης τάξης...514 8.8 Ολοπερατή συνάρτηση 2ης τάξης...516 Απόκριση φάσης κυκλωµάτων 2ης τάξης...517 8.9 Κύκλωµα 3 τελεστικών ενισχυτών...518 8.10 Ενεργά κυκλώµατα 2ης τάξης µε πολλαπλή ανάδραση...521 8.10.1 Βαθυπερατό φίλτρο πολλαπλής ανάδρασης...521 8.10.2 Υψιπερατά κυκλώµατα πολλαπλής ανάδρασης...522 8.10.3 Ζωνοδιαβατό φίλτρο πολλαπλής ανάδρασης...523 8.10.4 Κύκλωµα αποκοπής ζώνης µε πολλαπλή ανάδραση...524 Ασκήσεις και Προβλήµατα...525 Κεφάλαιο 9 Δίθυρα Κυκλώµατα 9.1 Παράµετροι και περιγραφή διθύρων...530 9.1.1. Περιγραφή µε την µήτρα Ζ...531 9.1.2. Περιγραφή µε την µήτρα Υ...533 9.1.3. Περιγραφή µε την µήτρα Τ...535 9.1.4. Περιγραφή µε την µήτρα h...537 9.1.5. Περιγραφή µε την µήτρα g...538 9.1.6 Ισοδυναµία παραµέτρων...539 9.2 Ισοδυναµία διθύρων...540 9.2.1 Ισοδύναµα Τ και Π...541 9.3 Σύνδεση Διθύρων...543 9.4 Χρήσιµες συναρτήσεις διθύρων...545 9.5 Αντιστρεψιµότητα και συµµετρία...547 9.6 Δύο χρήσιµα θεωρήµατα ενεργού αντιστάθµισης...548 9.6.1 Θεώρηµα αντιστάθµισης Ι...549 9.6.2 Θεώρηµα αντιστάθµισης ΙΙ...552 Ασκήσεις και Προβλήµατα...556 -ix-

Κεφάλαιο 10 Εξισώσεις Καταστάσεως 10.1 Εισαγωγή...562 10.2 Η έννοια της κατάστασης...562 10.3 Οι εξισώσεις κατάστασης...566 10.4 Επίλυση των εξισώσεων κατάστασης...573 10.4.1 Επίλυση στο πεδίο-s (Laplace)...574 10.4.2 Επίλυση στο πεδίο του χρόνου...582 10.4.3 Υπολογισµός της µήτρας µετάβασης κατάστασης...585 Με απειροσειρά...585 Με το θεώρηµα Cayley-Hamilton...585 Με διαγωνιοποίηση...587 Με τον µετασχηµατισµό Laplace...588 10.5 Σύντοµη Επανάληψη εννοιών από την θεωρία των µητρών...588 10.5.1 Χαρακτηριστικό πολυώνυµο και εξίσωση µήτρας...589 10.5.2 Ιδιοτιµές και ιδιοδιανύσµατα τετραγωνικής µήτρας...590 10.5.3 Διαγωνιοποίηση τετραγωνικής µήτρας...591 10.5.4 Θεώρηµα Cayley-Hamilton...592 10.5.5 Δυνάµεις µητρών...593 10.5.6 Παραγώγιση και ολοκλήρωση µητρών...594 10.5.7 Πολυώνυµα και συναρτήσεις µητρών...594 10.5.8 Η µητρική εκθετική συνάρτηση...595 Ασκήσεις και προβλήµατα...596 Βιβλιογραφία...599 Αλφαβητικό Ευρετήριο...601 -x-

Πρόλογος Το βιβλίο αυτό γράφτηκε µετά από αρκετά χρόνια διδασκαλίας θεωρίας συστηµάτων και κυκλωµάτων και πιστεύω ότι θα συµπληρώσει την βιβλιογραφία στο συγκεκρι- µένο αντικείµενο, δηµιουργώντας µια γέφυρα µεταξύ υπέρµετρα θεωρητικών και αδικαιολόγητα απλοποιηµένων βιβλίων. Στην ανάπτυξη της ύλης λειτούργησα ως µηχαικός, προσπαθώντας, όπου ήταν δυνατόν, µέσα από την ανάλυση να υπογραµµίσω την κατεύθυνση προς την Σύνθεση και να αναδείξω µέσα από τα αναπόφευκτα µαθηµατικά την πρακτική πλευρά του κάθε θέµατος, χωρίς υποβάθµιση της απαραίτητης µαθηµατικής θεµελίωσης. Το περιεχόµενο και ο τρόπος παρουσίασής είναι κατάλληλα για την διδασκαλία ενός µαθήµατος Θεωρίας Κυκλωµάτων, που ακολουθεί τα βασικά µαθήµατα κυκλωµάτων ενός προγράµµατος σπουδών αλλά και ενός αµιγούς µαθήµατος Σηµάτων και Συστηµάτων συνεχούς χρόνου. Προσωπικά προτιµώ την ταυτόχρονη αντιµετώπιση των δύο αυτών τόσο συγγενών αντικειµένων. Στην παρουσίαση της ύλης θεωρείται ότι οι βασικές γνώσεις ηλεκτρικών κυκλωµάτων έχουν παρουσιαστεί σε προηγούµενο επίπεδο και οι σπουδαστές είναι εξοικειωµένοι µε την µόνιµη ηµιτονική κατάσταση και γνωρίζουν τα βασικά θεωρήµατα και τις µεθόδους ανάλυσης κυκλωµάτων στην κατάσταση αυτή. Από πλευράς Θεωρίας Κυκλωµάτων, το βιβλίο αυτό επεκτείνει τις γνώσεις προς την κατεύθυνση της Ανάλυσης µε οποιαδήποτε διέγερση και σε οποιαδήποτε κατάσταση, µόνιµη ή µεταβατική. Ο περιορισµός στα συστήµατα συνεχούς χρόνου εκφράζει την προσωπική µου άποψη ότι δεν είναι απόλυτα ορθή εκπαιδευτική τακτική να διδάσκει κανείς τα Σήµατα και Συστήµατα, αναφερόµενος ταυτόχρονα στον συνεχή και διακριτό χρόνο. Τα δύο πεδία είναι τόσο εκτεταµένα, που τελικά ο σπουδαστής δεν µπορεί να εµβαθύνει σε ένα εξάµηνο ούτε στον συνεχή, ούτε στον διακριτό χρόνο σε ένα εξαµηνιαίο µάθηµα. Η οµοιότητα και αντιστοιχία πολλών εννοιών και µεθόδων του συνεχούς χρόνου στον διακριτό, δεν αποτελεί επαρκές κίνητρο γιά να ταλαιπωρήσει κανείς τους σπουδαστές του. Οι οµοιότητες και οι αντιστοιχίες εξάλλου δεν χάνονται, αν τα συστήµατα διακριτού χρόνου διδαχθούν σε επόµενο εξάµηνο, σε σπουδαστές που ήδη κατέχουν τα µυστικά του συνεχούς χρόνου. Στην περίπτωση αυτή µάλιστα, οι αναφορές στις µεθόδους του συνεχούς χρόνου, γίνονται ίσως πιό κατανοητές. -xi-

Το βιβλίο καλύπτει όλες τις περιγραφές των συστηµάτων συνεχούς χρόνου, στο πεδίο του χρόνου µε διαφορικές εξισώσεις, µε διαγράµµατα προσοµοίωσης, µε την συνέλιξη και µε τις εξισώσεις καταστάσεως και τις αντίστοιχες στο πεδίο συχνοτήτων, µε τους µετασχηµατισµούς Fourier και Laplace. Στο Κεφάλαιο 1, ορίζονται και ταξινοµούνται τα σήµατα και τα συστήµατα και παρουσιάζονται οι βασικές έννοιες και τα εργαλεία µελέτης τους. Στο Κεφάλαιο 2, παρουσιάζονται τα ηλεκτρικά στοιχεία µε έµφαση στα πολύκλαδα στοιχεία, τον µετασχηµατιστή και τον τελεστικό ενισχυτή. Το κεφάλαιο αυτό µπορεί να παραληφθεί ή να παρουσιαστεί εν τάχει, αν το περιεχόµενό του έχει καλυφθεί σε ικανοποιητικό επίπεδο σε προηγούµενα µαθήµατα. Το Κεφάλαιο 3 παρουσιάζει τα µοντέλα των συστηµάτων στο πεδίο του χρόνου (διαφορική εξίσωση, διαγράµµατα προσοµοίωσης, κρουστική απόκριση), ενώ στο πεδίο συχνοτήτων περνάµε µε στα Κεφάλαια 4,5 και 6, που είναι αφιερωµένα στις µεθόδους Fourier και Laplace. Το Κεφάλαιο 7 παρουσιάζει την εφαρµογή και την χρήση του µετασχηµατισµού Laplace στην µελέτη συστηµάτων και κυκλωµάτων στο πεδίο συχνοτήτων, ενώ στο κεφάλαιο 8 παρουσιάζονται οι συναρτήσεις 2ης τάξης, που αποτελούν το βασικό οπλοστάσιο για την σύνθεση πιό πολύπλοκων συστηµάτων. Το Κεφάλαιο 9 ασχολείται µε τα δίθυρα κυκλώµατα µε στόχο την προετοιµασία του σπουδαστή για επόµενα µαθήµατα Σύνθεσης και σχεδίασης και µπορεί να παραληφθεί αν τα δίθυρα κυκλώµατα διδάσκονται σε επόµενο µάθηµα. Τέλος, στο Κεφάλαιο 10, παρουσιάζονται οι εξισώσεις κατάστασης, οι οποίες κατά την γνώµη µου πρέπει να καταβληθεί προσπάθεια να µην παραληφθούν από την διδακτέα ύλη του µαθήµατος. Η έκδοση του βιβλίου αυτού αποτελεί µιά απολύτως κάθετη παραγωγή του συγγραφέα από την συγγραφή, την δακτυλογράφηση, την επιµέλεια της έκδοσης και την εκτύπωση, µε αποτέλεσµα την απώλεια της δυνατότητος µετατόπισης της ευθύνης των λαθών, παραλείψεων και κακοτεχνιών σε άλλους. Ελπίζω ότι όλα αυτά θα εντοπιστούν και θα µου τεθούν υπόψη για να ληφθούν υπόψη σε επόµενη έκδοση. Θα ήθελα τέλος να ευχαριστήσω τον Καθηγητή του Τµήµατος Ηλεκτρονικής του ΤΕΙ Πειραιά κ. Δ. Καλύβα, όχι µόνον για την ανάγνωση και σχολιασµό µέρους της ύλης, αλλά κυρίως για τις συζητήσεις που είχαµε κατά καιρούς,και επηρέασαν σηµαντικά την δοµή και την στόχευση του βιβλίου αυτού. Ηρακλής Γ. Δηµόπουλος -xii-

Στην µονάκριβη σύντροφό µου Πόπη, που δίνει νόηµα στη ζωή µου από το 1973 -xiii-

-xiv-

Σήµατα, Συστήµατα και Κυκλώµατα συνεχούς χρόνου -xv-

-xvi-