Transcript v T - ETTI
Curs 03 Analiza circuitelor pasive în domeniul frecvenţă Determinarea răspunsului circuitelor pasive în regim armonic permanent 1 Reprezentarea semnalelor sinusoidale expresia matematică de bază a unui semnal sinusoidal este: Amsinα Am este AMPLITUDINEA formei de undă, iar α este o unitate de măsură pentru axa OX. α = t = pulsatia mărimii = 2f; f= frecvenţa semnalului expresia matematică uzuală pentru o mărime sinusoidală este: Am sin ω t 2 Mărimi sinusoidale un semnal sinusoidal este un semnal care are o formă de undă sinusoidală (sau cosinusoidală). o mărime electrică sinusoidală se numeşte mărime armonică; dacă amplitudinea acesteia nu se modifică în timp, atunci este o mărime armonică permanentă circuitele ale căror mărimi electrice sunt armonice permanente se spune că funcţionează în regim armonic permanent. Desenul formei de undă Vmsint. T (a) funcţie de t. (b) funcţie de t . • Vm AMPLITUDINEA; se exprimă în volţi (pentru tensiuni), respectiv amperi (pentru curenţi) • PULSATIA sau FRECVENTA UNGHIULARA; se exprimă în radiani/s. • f FRECVENŢA; se exprimă în hertzi. • T PERIOADA; se exprimă în secunde 2 f and f 1 T 3 Faza semnalelor sinusoidale f 1 Hz 2 f T Numai 2 mărimi sinusoidale cu aceeaşi frecvenţă pot fi comparate: Se compară fazele iniţiale; diferenţa de fază reprezintă defazajul dintre cele 2 mărimi electrice. Defazajul este notat cu 4 Identificarea parametrilor mărimilor sinusoidale v t 5 sin 200 t 6 V Amplitudine: Vm = 5 [V] Pulsatie: = 200 [rad/s] Faza: = pi/6 [radiani] 5 Etapele analizei circuitelor electronice în regim armonic permanent 1. 2. 3. 4. 5. 6. Se transformă circuitul original în reprezentarea sa în domeniul complex, prin înlocuirea elementelor de circuit cu impedanţele lor; Se determină expresia funcţiei de transfer a circuitului; Se determină modulul funcţiei de transfer; Se determină defazajul funcţiei de transfer = defazajul introdus de către circuit; Se determină amplitudinea mărimii electrice Se determină faza mărimii electrice. 6 Determinarea mărimilor electrice în regim armonic intrare circuit electronic analiza circuitului xi t X i sin t i amplitudine pulsatie faza intrare xi j X i e jt i funcţia de transfer iesire xo t X o sin t o 1. se transforma circuitul original in domeniul complex amplitudine pulsatie faza 2. se determina expresia functiei de transfer H(j) x j H j O xI j iesire H j ω H ω e j φ H ω modul faza xo j X o e jt o H o i 7 Determinarea mărimilor electrice în regim armonic 3. Determinarea amplitudinii marimii electrice de iesire: X o H X i H ω H j ω ReH jω2 ImH jω2 4. Determinarea fazei marimii electrice de iesire: o H i ImH j ω φH ω arctg Re H j ω 8 Determinarea mărimilor electrice în regim armonic 5. Deoarece, de obicei, expresia functiei de transfer H(j) este reprezentată de un raport, se pot utiliza în calcule relaţiile: H Re numarator _ H j 2 Im numarator _ H j 2 Re numitor _ H j 2 Im numitor _ H j 2 Imnumarator _ H j ω Imnumitor _ H jω arctg φH ω arctg Renumarator _ H j ω Renumitor _ H jω 9 Exemplu de analiză a unui circuit electronic pasiv în regim armonic permanent Cazul filtrului de tensiune trece jos: determinarea răspunsului (tensiunii de ieşire) 10 0. Circuitul iniţial intrare vi R iesire C vo 11 1. Reprezentarea circuitului în domeniul complex ZRR ZC C vIi vOo ZR = R ZC = -j·XC 12 2. Determinarea expresiei funcţiei de transfer ZR ZC vi H j circuitul este un divizor de tensiune: vo vo v j o vi vi j vo ZC Z R ZC vi H j ZC Z R ZC 13 3. Determinarea modulului funcţiei de transfer H j ZC ZC Z R H j H XC H j 1 C 02 X C 2 R 2 X C 2 j XC R j XC XC2 R2 X C 2 H j 1 R 1 X C 2 1 1 R C 2 14 4. Determinarea defazajului intodus de funcţia de transfer H j ZC H j ZC Z R XC 0 H arctg XC R H arctg arctg H j XC R j XC XC arctg R C arctg 2 R 1 arctg 2 R C 15 5. Determinarea amplitudinii tensiunii de ieşire Vo H j Vi Vo Vi 1 R C 2 amplitudinea tensiunii de ieşire variază cu frecvenţa tensiunii de intrare 16 6. Determinarea fazei tensiunii de ieşire o i H faza tensiunii de ieşire variază cu frecvenţa tensiunii de intrare o i 1 arctg 2 R C 17 Raspunsul circuitului vo 1 exp I arctg 2 R C 1 R C 2 Vi 18 Determinarea impedanţei echivalente Ze între 2 puncte A şi B ale unui circuit Reluare din cursul 02 19 Determinarea impedanţei echivalente Ze între 2 puncte A şi B ale unui circuit Ze Z1 Z3 A Z2 I E + _ B O impedanţă echivalentă este identificată printr-o săgeată care indică punctele între care se calculează impedanţa şi sensul de calcul al acesteia. 20 Reguli pentru determinarea circuitului de calcul al impedanţelor echivalente între 2 puncte oarecare ale unui circuit 1. Se secţionează circuitul între punctele de calcul ale impedanţei; 2. Se obţin 2 semicircuite din care se va elimina cel “opus” sensului de calcul al impedanţei (sensul de calcul al impedanţei = sensul săgeţii care marchează impedanţa echivalentă); 3. Dacă în semicircuitul rămas se constată prezenţa unor generatoare independente, acestea se vor pasiviza. 4. Între bornele lăsate în “aer” ale semicircuitului rămas în urma aplicării etapei 2, se va introduce un generator de tensiune vT, care furnizează în circuitul nou obţinut un curent iT. 5. Impedanţa se determină pe circuitul echivalent, cu formula generală: Ze=vT / iT 21 Între Dacă însemicircuite semicircuitul rămase în rămas se seva constată introduce un“opus” generator unor generatoare de tensiune 2.4.Se3. obţin 2secţionează din“aer” care eliminaprezenţa celcalcul de calcul 1. Sebornele circuitul între punctele de ale sensului impedanţei VT, care furnizează independente, în circuitul acestea nou se vor obţinut pasiviza un curent IT al impedanţei (sensul de calcul = sensul săgeţii) Ze=? A Semicircuit 1 VT IT + - Semicircuit 2 B Ze=VT/IT 22 Pasivizarea surselor independente Pasivizarea surselor de tensiune: prin pasivizare, sursa de tensiune se înlocuieste cu un scurtcircuit între borne Pasivizarea surselor de curent: prin pasivizare, sursa de curent se înlocuieste cu un “gol” între borne A E + _ B pasivizarea sursei de tensiune A I B pasivizarea sursei de curent 23 Obţinerea circuitului de calcul al impedanţei echivalente Ze. Ze = VT / IT Z1 Z3 IT A I VT + _ Z2 E + _ B 24 Circuitul de calcul al impedanţei Ze se poate echivala cu Ze. Ze Z1 Z3 A I Ze Z2 E + _ B În acest mod calculele se simplifică şi se pot pune în evidenţă mai uşor anumite fenomene specifice transmiterii mărimilor electrice între circuite diferite. 25 Impedanţa de intrare Zi a unui circuit. Zi Z1 intrare E Z3 iesire A + _ Z2 Z4 B Este impedanţa calculată între bornele de intrare ale circuitului, spre circuit. 26 Impedanţa de ieşire Zo a unui circuit. Zo Z1 Z3 iesire intrare E A + _ Z2 Z4 B Este impedanţa calculată între bornele de ieşire ale circuitului, spre circuit, pasivizând sursa de intrare 27 Pulsaţia (frecvenţa) de rezonanţă a impedanţei echivalente. Pulsaţia de rezonanţă este pulsaţia la care partea imaginară a impedanţei echivalente se anulează. Condiţia de determinare a pulsaţiei de rezonanţă: Im(Ze)=0 În funcţie de configuraţia sa, la pulsaţia de rezonanţă, impedanţa echivalentă are valoare maximă sau minimă. Într-un circuit care funcţionează la pulsaţia de rezonanţă, puterea disipată este maximă 28 EXEMPLU Zi vI L R1 C i R2 29 Reprezentarea circuitului în domeniul complex Zi vI ZR1 ZL ZC i ZR2 30 Determinarea circitului de calcul Zi ZR1 ZL iT vI vT ZCe Ze = ZC || (ZL+ZiR2) ZR2 Zi =vT / iT 31 Calculul impedanţei de intrare a circuitului 1 Zi =vT / iT ZR1 iT vT Zi vT iT Ze = ZC || (ZL+ZR2) Ze Z R1 Z e iT Z iT R1 Z e Z R1 ZC Z L Z R 2 Zi Z R1 ZC Z L Z R 2 32 Calculul impedanţei de intrare a circuitului 2 Zi Z R1 ZC Z L Z R 2 Z i R1 ZC Z L Z R 2 Z i Z R1 ZC Z L Z R 2 j X C j X L R2 X X j X C R2 R1 C L j X C j X L R2 R2 j X L X C Z i R1 Z i R1 X C X L j X C R2 R2 j X L X C R2 j X L X C R2 j X L X C X C X L R2 j X C R2 2 j X C X L X L X C X C R2 X L X C Z i R1 R2 2 X L X C 2 X C X L R2 X C R2 X L X C R2 2 X L X C 2 j X C R2 2 X C X L X L X C R2 2 X L X C 2 33 Calculul pulsatiei de rezonanta a impedantei de intrare Z i R1 X C X L R2 X C R2 X L X C R2 2 X L X C 2 j X C R2 2 X C X L X L X C R2 2 X L X C 2 se egalează cu 0 partea imaginară X C R2 2 X C X L X L X C 0 R2 2 X L X L X C 0 R R2 2 C R L R L 1 0 R2 2 R L R L 1 0 R C R2 2 C R L2 L 0 1 R R C 2 L L 2 34