ELEKTRISKE KREDSLØB OG DYNAMISKE SYSTEMER

Relaterede dokumenter
Matematik 1 Semesteruge 5 6 (1. oktober oktober 2001) side 1 Komplekse tal Arbejdsplan

Matematik 1 Semesteruge 5 6 (30. september oktober 2002) side 1. Komplekse tal Arbejdsplan

DesignMat Komplekse tal

KREDSLØBSTEORI 10 FORELÆSNINGER OM ELEKTRISKEKREDSLØB

Komplekse tal. x 2 = 1 (2) eller

C R. Figur 1 Figur 2. er eksempler på kredsløbsfunktioner. Derimod er f.eks. indgangsimpedansen

Impedans. I = C du dt (1) og en spole med selvinduktionen L

IMPEDANSBEGREBET - KONDENSATOREN. Faseforskydning mellem I og U Eksempel: R, X og Z I og U P, Q og S. Diagrammer

Matematik 1 Semesteruge 4 5 (25. september - 6. oktober 2006) side 1 Komplekse tal Arbejdsplan

DesignMat Den komplekse eksponentialfunktion og polynomier

KREDSLØBSTEORI 10 FORELÆSNINGER OM ELEKTRISKEKREDSLØB

Nøgleord og begreber Komplekse tal Test komplekse tal Polære koordinater Kompleks polarform De Moivres sætning

KREDSLØBSTEORI 10 FORELÆSNINGER OM ELEKTRISKEKREDSLØB

IMPEDANSBEGREBET - SPOLEN. Faseforskydning mellem I og U Eksempel: R, X og Z I og U P, Q og S. Diagrammer

Inden der siges noget om komplekse tal, vil der i dette afsnit blive gennemgået en smule teori om trigonometriske funktioner.

Komplekse tal. Mikkel Stouby Petersen 27. februar 2013

MM501 forelæsningsslides

Komplekse tal. Jan Scholtyßek

Institut for Matematik, DTU: Gymnasieopgave. I. De komplekse tals historie. Historien om 3. grads ligningerne

Komplekse tal i elektronik

Komplekse Tal. 20. november UNF Odense. Steen Thorbjørnsen Institut for Matematiske Fag Århus Universitet

Komplekse tal. Mike Auerbach. Tornbjerg Gymnasium, Odense 2015

SCT. KNUDS GYMNASIUM KOMPLEKSE TAL. Opgaver til noterne kan findes her. PDF. Facit til opgaverne kan findes her. PDF. Henrik S. Hansen, version 3.

DesignMat Uge 1 Gensyn med forårets stof

VEKSELSPÆNDINGENS VÆRDIER. Frekvens Middelværdi & peak værdi (max) Effektiv værdi (RMS) Mere om effektiv værdi!

Komplekse tal i elektronik

KREDSLØBSTEORI 10 FORELÆSNINGER OM ELEKTRISKEKREDSLØB

SCT. KNUDS GYMNASIUM KOMPLEKSE TAL. Henrik S. Hansen, version 1.5

Noter om komplekse tal

3 Overføringsfunktion

Besvarelse til eksamen i Matematik F2, 2012

Komplekse tal. enote Indledning

Fasedrejning og komplekse tal i elektronik Version

Komplekse tal. enote Indledning

π can never be expressed in numbers. William Jones og John Machins algoritme til beregning af π

Matematik F2 Opgavesæt 6

Komplekse Tal. Frank Villa. 15. februar 2013

Komplekse tal og algebraens fundamentalsætning.

Komplekse Tal. Frank Nasser. 15. april 2011

Komplekse Tal. Frank Villa. 22. februar 2013

Besvarelser til Calculus Ordinær Eksamen Juni 2017

Noter til Komplekse tal i elektronik. Højtaler Bas, lavpasled, Mellemtone, Diskant

Studieretningsprojekt 2013/14 Elevens navn: Helena Clara Eiken Klasse: 3x 08

1 v out. v in. out 2 = R 2

Besvarelser til Calculus Ordinær eksamen - Forår - 6. Juni 2016

Elementær Matematik. Trigonometriske Funktioner

Svar på opgave 336 (Januar 2017)

Undervisningsbeskrivelse

Matematik F2 Opgavesæt 1

Kenneth Wosylus Opgaver og Vejledende løsninger

Undervisningsbeskrivelse

Hvad er matematik? C, i-bog ISBN

Undervisningsbeskrivelse

Besvarelser til Calculus Ordinær Eksamen Juni 2019

Matematik A. Studentereksamen. Forberedelsesmateriale. Forsøg med digitale eksamensopgaver med adgang til internettet

DesignMat Uge 1 Repetition af forårets stof

Komplekse tal og Kaos

Komplekse Tal. Frank Villa. 20. februar 2013

Matematik F2 Opgavesæt 2

To find the English version of the exam, please read from the other end! Eksamen i Calculus

To find the English version of the exam, please read from the other end! Eksamen i Calculus

Besvarelser til Calculus Ordinær Eksamen Juni 2017

Prøveeksamen MR1 januar 2008

Besvarelser til Calculus Ordinær Eksamen - 5. Januar 2018

Matricer og lineære ligningssystemer

Matematik F2 Opgavesæt 1

Undervisningsbeskrivelse

DESIGNMAT FORÅR 2012: UGESEDDEL Forberedelse Læs alle opgaverne fra tidligere ugesedler, og læg særlig mærke til dem du har spørgsmål til.

Besvarelser til Calculus Ordinær Eksamen Juni 2018

Reeksamen i Calculus. Første Studieår ved Det Tekniske Fakultet for IT og Design samt Det Ingeniør- og Naturvidenskabelige Fakultet. 17.

i(t) = 1 L v( τ)dτ + i(0)

Teoretiske Øvelsesopgaver:

Noter om Komplekse Vektorrum, Funktionsrum og Differentialligninger LinAlg 2004/05-Version af 16. Dec.

Besvarelser til Calculus Ordinær Eksamen - 3. Januar 2017

Undervisningsbeskrivelse

DesignMat Uge 11. Vektorrum

Kompleks Funktionsteori

Grundlæggende matematik

Boolsk algebra For IT studerende

Ligninger med reelle løsninger

Besvarelser til Calculus Ordinær Eksamen Januar 2019

Fagårsplan 12/13 Fag: Matematik Klasse: 6.a Lærer: LBJ Fagområde/ emne

Lektion 1. Tal. Ligninger og uligheder. Funktioner. Trigonometriske funktioner. Grænseværdi for en funktion. Kontinuerte funktioner.

Eksamen i Calculus. Første Studieår ved Det Tekniske Fakultet for IT og Design samt Det Ingeniør- og Naturvidenskabelige Fakultet. 3.

Kursusnoter til BasisMat

Fraktaler. Mandelbrots Mængde. Foredragsnoter. Af Jonas Lindstrøm Jensen. Institut For Matematiske Fag Århus Universitet

Københavns Universitet, Det naturvidenskabelige Fakultet. Afleveringsopgave 4

Fysik 2 - Den Harmoniske Oscillator

OPGAVER 1. Approksimerende polynomier. Håndregning

DesignMat Lineære differentialligninger I

Fononiske Båndgab. Køreplan Matematik 1 - FORÅR 2004

Mål Kompetencer Matematiske arbejdsmåder. Problembehandling. Ræsonnement

Bedste rette linje ved mindste kvadraters metode

Maple. Skærmbilledet. Vi starter med at se lidt nærmere på opstartsbilledet i Maple. Værktøjslinje til indtastningsområdet. Menulinje.

DesignMat Lineære differentialligninger I

Besvarelser til Calculus Ordinær eksamen - Efterår - 8. Januar 2016

En sumformel eller to - om interferens

Computer- og El-teknik A 6. semester BAR Version 03.17

Eksamen i Calculus. Første Studieår ved Det Teknisk-Naturvidenskabelige Fakultet og Det Sundhedsvidenskabelige Fakultet. 6.

Algebra med Bea. Bea Kaae Smit. nøgleord andengradsligning, komplekse tal, ligningsløsning, ligningssystemer, nulreglen, reducering

Transkript:

EE Basis, foråret 2009 ELEKTRISKE KREDSLØB OG DYNAMISKE SYSTEMER Jan H. Mikkelsen EKDS6, F09 1

Emner for idag Komplekse tal sådan helt fra bunden DefiniHoner og regneregler Lidt flere definihoner og lidt flere regneregler RepræsentaHon af komplekse tal rektangulær / polær Komponentligning kompleks beskrivelse af sammenhæng mellem spænding og strøm for en given komponent Formelsamling Lidt Hl opgaverne Jan H. Mikkelsen EKDS6, F09 2

Hvorfor komplekse tal? På et Hdligt Hdspunkt løb matemahkere ind i et problem De fandt nemlig en masse ligninger der ikke havde løsninger, når de kun så på de reelle tal For at kunne håndtere disse ligninger, opfandt man de komplekse tal Brugen af komplekse tal daterer helt Hlbage Hl 1500 tallet Jan H. Mikkelsen EKDS6, F09 3

DefiniHonen på et komplekst tal Et komplekst tal defineres som et ordnet par (x, y), bestående af reelle tal, x og y, og det skrives som Vi definerer x Hl at være den reelle del af z, og y Hl at være den imaginære del. DeWe skriver vi som Som eksempel kan vi tage tallet z=(4, 3), hvor vi vil få Re(z)=4 og Im(z)= 3 Jan H. Mikkelsen EKDS6, F09 4

Regneregler Et tal er ikke meget værd, hvis ikke vi kan udføre beregninger på og med det Så for at kridte banen af, så definerer vi to komplekse tal, z 1 =(x 1, y 1 ) og z 2 =(x 2, y 2 ), Hl at være ens, hvis og kun hvis, deres individuelle reelle dele er ens og hvis deres imaginære dele samhdig også er ens z 1 = ( 4, 3) z 2 = ( 3,4 ) z 3 = ( 4, 3) z 4 = ( 4,3) z 1 = z 3 Jan H. Mikkelsen EKDS6, F09 5

Regneregler addihon I forbindelse med addihon of to, eller flere, komplekse tal gælder følgende Når to komplekse tal adderes skal vi altså addere tallenes reelle dele og Hlsvarende skal vi addere tallenes imaginære dele Jan H. Mikkelsen EKDS6, F09 6

Regneregler mulhplikahon I forbindelse med mulhplikahon of to, eller flere, komplekse tal gælder følgende Når to komplekse tal bliver mulhpliceret, så bliver den reelle og den imaginære del for det resulterende komplekse tal altså en skøn blanding Jan H. Mikkelsen EKDS6, F09 7

RepræsentaHoner Komplekse tal hvor den imaginære del er lig nul, tager formen (x, 0) Baseret på vore regnereglerne får vi følgende ( ) z 2 = ( x 2,0) z 1 = x 1,0 z 3 = z 1 + z 2 = ( x 1, y 1 ) + ( x 2, y 2 ) = ( x 1 + x 2,0) z 3 = z 1 z 2 = ( x 1, y 1 ) ( x 2, y 2 ) = ( x 1 x 2,0) Altså nøjaghg det samme resultat som vi ville få ved at addere eller mulhplicere to reelle tal Komplekse tal er altså blot en udvidelse af det reelle talsystem Jan H. Mikkelsen EKDS6, F09 8

RepræsentaHoner Det komplekse tal (0, 1) betegnes med et i eller et j. Ingeniører benywer j da i jo betegner strøm Begge betegnelser benywes dog hist og pist Begge er reserverede tal i MATLAB! ( ) Tallet j betegnes som den imaginære enhed Prøver vi at regne lidt på tallet j, så finder vi en karakterishske egenskab Jan H. Mikkelsen EKDS6, F09 9

RepræsentaHoner For et vilkårligt reelt tal, y, vil følgende gælde Tilsvarende kan et vilkårligt reelt tal skrives som Bruger vi vores regneregler igen får vi Jan H. Mikkelsen EKDS6, F09 10

Tavleopgave 1 Omskriv Hl/fra j notahon eller udregn følgende?????? Jan H. Mikkelsen EKDS6, F09 11

RepræsentaHoner det komplekse plan Med de definihoner vi nu har fået indført, så er det nærliggende at prøve med en grafisk fortolkning af disse komplekse tal Grundidéen er ganske simpel men den har store anvendelsesmæssige aspekter Vi indfører en reel akse og en imaginær akse DeWe kaldes for et Cartesisk koordinatsystem Et vilkårligt komplekst tal kan repræsenteres ved et punkt i dewe koordinatsystem Jan H. Mikkelsen EKDS6, F09 12

RepræsentaHoner det komplekse plan Med denne grafiske repræsentahon fremgår det næsten direkte, at et komplekst tal beskriver en vektor i det komplekse plan, og at denne vektor har en bestemt længde og retning Rektangulær rep. Polær rep. Jan H. Mikkelsen EKDS6, F09 13

RepræsentaHoner rekt./pol. Omregning mellem rektangulær og polær repræsentahon er baseret på følgende subshtuhon Med den i lommen finder vi følgende Euler Absolut værdi (modulus) Argument Jan H. Mikkelsen EKDS6, F09 14

Regneregler igen AddiHon SubtrakHon Jan H. Mikkelsen EKDS6, F09 15

Regneregler igen MulHplikaHon (følger alm. regneregler nu) z 1 z 2 = ( x 1 + jy 1 )( x 2 + jy 2 ) = ( x 1 x 2 y 1 y 2 ) + j( x 1 y 2 + y 1 x 2 ) ( 5 + j) ( 1+ j3) = 5 + j15 + j + j 2 3 = 2 + j16 Division er (sjovt nok) defineret som den omvendte mulhplikahonsfunkhon. z = z 1 z = z z = x + jy 1 2 z 2 = x x 2 y y 2 ( )( x 2 + jy 2 ) ( ) + j( x y 2 + y x 2 ) x 1 = x x 2 y y 2 y 1 = x y 2 + y x 2 2 ligninger med 2 ubekendte Jan H. Mikkelsen EKDS6, F09 16

Regneregler igen Under antagelse af at x 2 og y 2 ikke begge er lig nul (z 2 0) finder vi en entydig løsning Hl ligningssæwet som Med andre ord kan vi udregne en division som BØVL! Der er en nemmere måde hvorpå en division kan beregnes, nemlig vha. den kompleks konjugerede Jan H. Mikkelsen EKDS6, F09 17

Kompleks kunjugerede Hvis vi har et vilkårligt komplekst tal, z=x+jy, så er den kompleks konjugerede værdi for dewe tal givet som Som eksempel z = x + jy z * = z = x jy z = 5 + j2 z = 5 j2 Der er således tale om en spejling omkring den reelle akse Jan H. Mikkelsen EKDS6, F09 18

Kompleks konjugerede Den kompleks konjugerede er ganske vighg i mange sammenhænge, bla. fordi z z = ( x + jy) ( x jy) = x 2 + y 2 Altid reel værdi Vender vi Hlbage Hl vores division kan vi benywe dewe Hl at få følgende z = z 1 = x 1 + jy 1 = x 1 + jy 1 z 2 x 2 + jy 2 x 2 + jy 2 ( )( x 2 jy 2 ) ( )( x 2 jy 2 ) = x 1 x 2 + y 1 y 2 + j y 1 x 2 x 1 y 2 x 2 2 2 + y 2 x 2 2 2 + y 2 z = z 1 z 2 = z 1 z 2 z 2 z 2 Jan H. Mikkelsen EKDS6, F09 19

Hvad kan vi så bruge det Hl? Ja I husker måske vores formeltur fra KRT5? For et så simpelt kredsløb er forskellen ikke så stor, men for større kredsløb vinder vi en hel masse ved at regne på komplekse størrelser Vi bestemmer en komponentligning som det første Jan H. Mikkelsen EKDS6, F09 20

Komponentligning modstand Ohms lov gælder også for komplekse strømme og spændinger v(t) = R i(t) i(t) = I M cos(ωt + θ) v(t) = R I M cos(ωt + θ) = Re{ I M e jωt e jθ } I = I M e jθ = Re{ R I M e jθ e jωt } V = V M e jθ V = R I Jan H. Mikkelsen EKDS6, F09 21

Komponentligning modstand Grafiskt Jan H. Mikkelsen EKDS6, F09 22

Komponentligning kondensator v(t) = 1 C i(t)dt + v 0 v 0 = 0 i(t) = I M cos(ωt + θ) = Re{ I M e jωt e jθ } I = I M e jθ v(t) = 1 ωc I cos(ωt + θ π M 2 ) 1 = Re ωc I e jωt M e jθ e jπ / 2 1 = Re jωc I e jθ M e jωt = Re 1 jωc I e jωt Svarer Hl Ohms lov Fase: spænding π/2 erer strøm jωt = Re{ Ve } Jan H. Mikkelsen EKDS6, F09 23

Komponentligning kondensator Grafiskt Jan H. Mikkelsen EKDS6, F09 24

Tavleopgave 2 1. OpsHl et udtryk for den komplekse spænding 2. OpsHl et udtryk for den komplekse strøm 3. Beregn amplitude og fase af strømmen (talværdier) når følgende er givet: v(t) = V M cos(ωt+θ), C = 100 µf, frekvens = 50 Hz, θ = π/4, V M = 10 V Jan H. Mikkelsen EKDS6, F09 25

Komponentligning spole i(t) = I M cos(ωt + θ) = Re{ I M e jωt e jθ } I = I M e jθ v(t) = ωl I M cos(ωt + θ + π 2 ) { } { } { } = Re{ Ve jωt } = Re ωl I M e jωt e jθ e jπ / 2 = Re jωl I M e jθ e jωt = Re jωl I e jωt Svarer Hl Ohms lov Fase: Spænding π/2 foran strøm Jan H. Mikkelsen EKDS6, F09 26

Komponentligning spole Grafiskt Jan H. Mikkelsen EKDS6, F09 27

Beregningseksempel Indgangssignal: v(t) = V M cos(ωt) ~ V = V M e j 0 Komponentligninger: KVL: MatemaHk: I = I M e jθ 1 I M = R 2 + (ωl) V 2 M θ = arctan ωl R i(t) = Re Ie jωt { } = I M cos ωt + θ ( ) Jan H. Mikkelsen EKDS6, F09 28

Formelsamling z 1 + z 2 = ( x 1 + x 2 ) + j( y 1 + y 2 ) z 1 z 2 = ( x 1 x 2 ) + j( y 1 y 2 ) z 1 z 2 = ( x 1 + jy 1 )( x 2 + jy 2 ) = ( x 1 x 2 y 1 y 2 ) + j( x 1 y 2 + y 1 x 2 ) z = z 1 = x 1 + jy 1 = x 1 x 2 + y 1 y 2 + j y 1 x 2 x 1 y 2 z 2 x 2 + jy 2 x 2 2 2 + y 2 x 2 2 2 + y 2 z = x + jy = r e jφ z = r = x 2 + y 2 φ = arg z ( ) = argtan y x z 1 z 2 = r 1 e jφ 1 r e jφ 2 = r r e jφ 1 e jφ 2 = r r e j ( φ 1 +φ 2 ) 2 1 2 1 2 z 1 z 2 = r 1 e jφ1 r 2 e jφ 2 = r 1 e jφ 1 e j ( φ ) 2 = r 1 e j ( φ 1 φ 2 ) r 2 r 2 Jan H. Mikkelsen EKDS6, F09 29

Lidt Hl opgaverne Syv opgaver der, naturligt nok, alle omhandler komplekse tal og deres brug Opgave 1 4, ren matemahk Opgave 5 7, kredsløbsteorehske Meget har været introduceret Hdligere (matemahk og basal elektronik) Lad være med at bruge lommeregnere og andet (Maple f.eks.) det er simple beregninger og i får en bedre forståelse ved at regne Hngene igennem selv Jan H. Mikkelsen EKDS6, F09 30