Основные свойства преобразования Лапласа.




1. Линейность:

2. Изменение изображения при сдвиге сигнала по временной оси:

f(t - t0) «exp(-pt0)F(p) (по аналогии с преобразованием Фурье);

3. Теорема смещения:.

4. Изображение производных от сигнала


3БИЛЕТ

1. Классификация сигналов по структуре и соответствующие им цепи.

Применяемые в современной электронике сигналы можно разделить на следующие классы:

n (аналоговые)

n (дискретные) -они задаются при дискретных значениях времени

n (квантованные по уровню).

n (цифровые)

Каждому из этих классов сигналов можно поставить в соответствие аналоговую, дискретную или цифровую цепи. При обработке аналогового сигнала с помощью аналоговой цепи не требуется дополнительных преобразований сигнала. При обработке аналогового сигнала с помощью дискретной цепи необходимы два преобразования: дискретизация сигнала по времени на входе дискретной цепи и обратное преобразование. При цифровой обработке аналогового сигнала требуется еще два дополнительных преобразования: аналог-цифра, и обратное преобразование,

 

2. Элементы цепей синусоидального тока. Катушка индуктивности.

Идеальный индуктивный элемент не обладает ни активным сопротивлением, ни емкостью.

Пусть протекающий через него ток определяется выражением ; тогда для напряжение: ;его амплитуда равна: w; начальная фаза таким образом, напряжение на катушке опережает ток на .

Реактивным индуктивным сопротивлением катушки: .Переходя от синусоидальных функций к комплексной форме:

Принимая ; мгновенную мощность катушки: ; тогда ее максимальное значение:

- реактивная мощность катушки.

 

3. Операторный метод анализа линейных стационарных систем.

Пусть дифференциальное уравнение

(1)

Необходимо ввести ограничение: ивх(t)=0 при t < 0. Начальное условие должны быть выбраны нулевыми, (anpn + an-1pn-1 +...+ a1p + a0)Uвых(р)=(bmpm + bm-1pm-1 +...+ b1p + b0)Uвх(р).(2)

Важнейшей характеристикой является отношение изображений выходного и входного сигналов:

K(p) = Uвых(р)/Uвх(р),(3). Из(2)

В рамках операторного метода передаточная функция является полной математической моделью системы. Если эта функция известна, то разбивается на три этапа:

1.ивх(t) ® Uвх(р),

2.Uвых(р) = К(р) Uвх(р),

3.Uвых(р) ® ивых(t).

операторный метод наиболее удобен для нахождения импульсных и переходных характеристик линейных систем


 

4 БИЛЕТ

1. Классификация цепей. Свойства линейных цепей с постоянными параметрами.

Линейные, нелинейные и параметрические цепи; цепи с сосредоточенными и распределенными параметрами.

Линейная цепь с постоянными параметрами состоит из линейных элементов, параметры которых не зависят от времени и протекающего через них тока или приложенного напряжения, и характеризуется линейным дифференциальным уравнением с постоянными коэффициентами. (R,L,C)=const;

Основные свойства:

1) операции умножения, дифференц., интегрироваия являются линейными.

2)независимость соотношения между входными и выходными напряжениями (токами) от уровня входного напряжения (тока);

3)принципа независимости: при воздействии на линейную цепь нескольких внешних сил поведение цепи (ток, напряжение) можно определять путем наложения (суперпозиции) решений, найденных для каждой из сил в отдельности

4)при любом сколь угодно сложном воздействии в лин. Цепис постоянными параметрами не возникает новых частот, т.е. она в принципе не может изменить спектр входного сигнала.

 

2. Общие комплексные сопротивления и проводимости цепей синусоидального тока.

Z = ;

где: его модуль – ; ;

полная комплексная проводимость (Y):

;

где - резистивная часть комплексной проводимости; – реактивная часть комплексной проводимости.

и .

3. Свойства передаточной функции. Формула обращения.

p: k(iw)=k(p).Эта ф-ия яв. Аналитической во всей плоскости комплексной частоты p за исключением точек являющихся корнями знаменателя

и эти точки наз. полюсами. передаточная ф-ия в нуль-полюсном представлении:


 

5 БИЛЕТ

1. Свойства параметрических и нелинейных цепей. Этапы анализа цепей.

Линейная цепь с переменными параметрами (R,L,C)=F(t)

Основные свойства:

1) операции умножения, дифференц., интегрироваия являются линейными.

2)независимость соотношения между входными и выходными напряжениями (токами) от уровня входного напряжения (тока);

3)принципа независимости (суперпозиции = наложения): при воздействии на линейную цепь нескольких внешних сил поведение цепи (ток, напряжение) можно определять путем наложения (суперпозиции) решений, найденных для каждой из сил в отдельности; e(t)= E0 cos(w0 t + j0);

Нелинейная цепь (R,L,C)=F(t, U(t),i(t));

Основные свойства:

1) операции умножения, дифференц., интегрироваия являются линейными.

2)независимость соотношения между входными и выходными напряжениями (токами) от уровня входного напряжения (тока);

3) принципа независимости (суперпозиции = наложения): при воздействии на линейную цепь нескольких внешних сил поведение цепи (ток, напряжение) можно определять путем наложения решений, найденных для каждой из сил в отдельности;

Не выполняются

Этапы анализа цепей:

1)Составление математической модели исследуемой цепи.

2)Составление дифференциальных уравнений математической модели и их решение.

3)Исследование полученных решений и определение характеристик исследуемой цепи.

4)Проведение эксперимента и сравнение экспериментальных результатов с теоретическими;

 

2. Последовательное соединение элементов цепи синусоидального тока.

по второму закону Кирхгофа для данной схемы можем записать:

, где .

Если в качестве реактивного сопротивления будет сопротивление катушки где ; .Для цепи с емкостным элементом тогда

; .

Т. О., для последовательного соединения резистора и конденсатора фаза или аргумент полного комплексного сопротивления является величиной отрицательной.

Для проводимостей реактивных элементов сдвиг фаз между током и напряжением будет иметь соответственно противоположные (обратные) знаки.

3. Аналитические свойства входного сопротивления двухполюсника.

Теория цепей делится на 2е основные части - анализ и синтез. Задача анализа – нахождение внешних хар-к системы, структура которой задана заранее в виде принципиальной схемы. Задача синтеза по исходной внешней хар-ке, как правило ЧКП необходимо определить оптимальную структуру цепи, реализующей данную хар-ку.

Для 2х-полюсников основной исходной хар-кой для синтеза является ф-ия вх. сопротивления,которая обозначается- Z(p): Z(p) = U(p) / I(p)-вх. проводимость,Y(p)=I(p)/U(p)

Ф-ия Z(p) определена во всей плоскости Z(p) и также как и передаточная ф-ия может быть записана в виде:


6 БИЛЕТ

1. Элементы теории ортогональных сигналов.

Бесконечная система действительных функций v0(x), v1(x), v2(x),..., vn(x) называется ортогональной на отрезке [a, b], если для двух любых функций из этой системы выполняется условие при n¹m.

При этом предполагается, что

Величина называется нормой функции vn(x).

Функция vn(x), для которой выполняется условие называется нормированной функцией, а система нормированных функций v1(x), v2(x),..., в которой каждые две различные функции взаимно ортогональны, называется ортонормированной системой. Говорят, что при этом в пространстве сигналов задан ортонормированный базис.

Произвольный сигнал s(t) можно разложить в ряд в выбранном ортонормированном базисе: называется обобщенным рядом Фурье сигнала s(t) в выбранном базисе.

Условие полноты:

2. Параллельное соединение элементов цепи синусоидального тока.

по первому закону Кирхгофа для параллельного соединения резистивного и реактивного элементов получим:

.

Если реактивный элемент–катушка: , тогда: .

Для конденсатора ; .

Таким образом:

· Треугольник проводимостей для параллельной цепи с индуктивным элементом аналогичен треугольнику сопротивлений для последовательной цепи с ёмкостным элементом.

· Треугольник проводимостей для параллельной цепи с конденсатором аналогичен треугольнику сопротивлений для последовательной цепи с индуктивным элементом.

3. Синтез пассивных двухполюсников. Метод Фостера.

Пусть задана ф-ия входного:Z(p) – сопротивление или Y(p)– проводимость,выполняются все условия устойчивости физ.реализуемости.

Основная идея синтеза. Заключается, что заданная функция Z(p) или Y(p) подвергается ряду последовательных упрощений. Существует 4ре простейших структуры,для синтеза 2х-полюсника

Z1 Z2 Z1 Z2

 

Zn Y1 Y2 Yn

 

a) в)

Z1 Z2Y1 Y2 Yn

Y1 Y2 Yn

 

б) г)

а) Z(p) = Z1 + Z2 +... + Zn;

б) Y(p) = Y1 + Y2 +... + Yn.

Двухполюсники, изображенные на рис. в) и г), называются лестничными цепями.

 

в)

(1)

г)

(2)

Метод синтеза по Фостеру является нестрогим методом и допускает выполнение любых преобразований в любой последовательности. А именно: деление полиномов, разбиение на элементарные дроби и взаимные переходы от сопротивления к проводимости.

 

7 БИЛЕТ

1. Связь обобщенного ряда Фурье и энергетических характеристик сигнала.

называется обобщенным рядом Фурье сигнала s(t).

обобщенный ряд Фурье обладает следующим важным свойством: при заданной системе функций vn(x) и при фиксированном числе слагаемых ряда он обеспечивает наилучшую аппроксимацию.

Условие полноты:

Применительно к сигналам s(t) условие полноты принимает энергетический смысл:

;

2. Резонанс напряжений.

Резонансом называется такой режим работы цепи, содержащей индуктивные и емкостные элементы, при котором ее полное входное сопротивление (или проводимость) является вещественной величиной и, как следствие, ток и напряжение на входе совпадают по фазе.

Цепь с последовательным соединением (резонанс напряжений )

;

где полное комплексное сопротивление:

;

или в показательной форме: ; где фаза: ; реактивная составляющая: .

В зависимости от соотношения между возможны три варианта (при нулевой начальной фазе тока):

1. или и, следовательно, : цепь будет носить индуктивный характер; напряжение будет опережать ток.

2. -π/2 < φ < 0 и – напряжение отстает от тока и цепь будет носить емкостной характер

3. ; ; - случай резонанса напряжений – напряжение совпадает по фазе с током, цепь будет носить резистивный характер. При этом Z=R – условие получения резонанса.

 

Резонансную частоту можно найти из формулы условия резонанса напряжений: .

Физическая сущность резонанса заключается в периодическом обмене энергией между магнитным полем катушки и электрическим полем конденсатора, причем сумма энергий полей остаётся постоянной.

Резонансными кривыми называются зависимости тока и напряжения от частоты. Одной из основных характеристик резонансного контура является добротность:

.

полосу пропускания : .

характеристическое сопротивление:

.

 

3. Синтез пассивных двухполюсников. Метод Кауэра.

Пусть задана ф-ия входного: Z(p) – сопротивление или Y(p) – проводимость, выполняются все условия устойчивости физ.реализуемости.

Основная идея синтеза. Заключается, что заданная функция Z(p) или Y(p) подвергается ряду последовательных упрощений. Существует 4ре простейших структуры,для синтеза 2х-полюсника

 

Z1 Z2 Z1 Z2

Zn Y1 Y2 Yn

 

Z1 Z2

Y1 Y2 Yn Y1 Y2 Yn

 

а) Z(p) = Z1 + Z2 +... + Zn;

б) Y(p) = Y1 + Y2 +... + Yn.

в)

г)

Метод Кауэра является строгим, формализованным методом и состоит из чередования двух процедур: деления и обращения остатка. Целью этого метода яв. получение цепной или непрерывной дроби и отображение ее на структуру вида 3 или 4.


 

8 БИЛЕТ

1. Гармонический анализ периодических сигналов.

математической моделью процесса, циклически повторяющегося во времени, является периодический сигнал.

тригонометрический ряд Фурье:

где коэффициенты

Различают амплитудные и фазовые диаграммы.

Спектр периодической функции называется линейчатым или дискретным.

Основную формулу спектрального анализа периодических сигналов можно записать в ином симметричном виде, применяя формулы Эйлера:

-Формула является рядом Фурье в комплексной форме с коэффициентами: / Сn / = An/2.

 

2. Резонанс токов.

Резонансом называется такой режим работы цепи, содержащей индуктивные и емкостные элементы, при котором ее полное входное сопротивление (или проводимость) является вещественной величиной и ток и напряжение на входе совпадают по фазе.



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2019-04-28 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: