第三章一阶动态电路分析PPT讲稿.ppt
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1、第三章 一阶动态电路分析第1页,共59页,编辑于2022年,星期二 稳定状态:稳定状态:在指定条件下电路中电压、电流已达到稳定值。在指定条件下电路中电压、电流已达到稳定值。动动态过程(也称态过程(也称暂态过程暂态过程暂态过程暂态过程):):):):电路从一种稳态变化到另一种稳态的过渡过程。电路从一种稳态变化到另一种稳态的过渡过程。电路从一种稳态变化到另一种稳态的过渡过程。电路从一种稳态变化到另一种稳态的过渡过程。要求:要求:1.1.理解电路的理解电路的理解电路的理解电路的动态和稳态动态和稳态动态和稳态动态和稳态、零输入响应、零状态、零输入响应、零状态、零输入响应、零状态、零输入响应、零状态 响
2、应、全响应的概念,以及时间常数的物理意义。响应、全响应的概念,以及时间常数的物理意义。2.掌握换路定则及初始值的求法掌握换路定则及初始值的求法。3.掌握一阶线性动态电路分析的掌握一阶线性动态电路分析的三要素法三要素法。第三章第三章 一阶动态电路分析一阶动态电路分析第2页,共59页,编辑于2022年,星期二 1.利用电路动态过程产生特定波形的电信利用电路动态过程产生特定波形的电信 研究动态过程的实际意义:研究动态过程的实际意义:动态过程开始的瞬间可能产生过电压、过电流动态过程开始的瞬间可能产生过电压、过电流使电气设备或元件损坏。使电气设备或元件损坏。如锯齿波、三角波、尖脉冲等,应用于电子电路。如
3、锯齿波、三角波、尖脉冲等,应用于电子电路。2.控制、预防可能产生的危害控制、预防可能产生的危害第3页,共59页,编辑于2022年,星期二第一节第一节 动态电路的方程及初始条件动态电路的方程及初始条件产生动态过程的原因:产生动态过程的原因:由于电路中含有电感和电容等储能由于电路中含有电感和电容等储能元件,而元件,而储能元件储能元件所储存的能量不能跃变造成的。所储存的能量不能跃变造成的。1.1.电感元件电感元件电感元件电感元件线性电感线性电感:(H)线性电感线性电感:L为常数为常数;非线性电感非线性电感:L不为常数不为常数一、一、电感元件和电容元件电感元件和电容元件电流通过电流通过N匝匝线圈产生线
4、圈产生(磁链磁链)电流通过电流通过一匝一匝线圈产生线圈产生(磁通磁通)u+-第4页,共59页,编辑于2022年,星期二L电感元件的符号电感元件的符号电感元件的符号电感元件的符号u-+将上式两边同乘上将上式两边同乘上 i,并积分,则得:,并积分,则得:磁场能u与与i的关系满足:的关系满足:即电感将电能转换为磁场能储存在线圈中,当电即电感将电能转换为磁场能储存在线圈中,当电流增大时,磁场能增大,电感元件从电源取用电能;流增大时,磁场能增大,电感元件从电源取用电能;当电流减小时,磁场能减小,电感元件向电源放还能当电流减小时,磁场能减小,电感元件向电源放还能量。量。电感为储能元件电感为储能元件。第5页
5、,共59页,编辑于2022年,星期二 ;当当 i 不变时,不会产生感应电动势,不变时,不会产生感应电动势,电感元件两端电压为电感元件两端电压为0 0。电感对于直流相当于短路。电感对于直流相当于短路。2.电容元件电容元件uiC+_电容元件电容元件电容元件电容元件线性电容线性电容:当电压当电压u变化时,在电路中产生电流变化时,在电路中产生电流:当当 u 不变时,流过电容元件的电流为不变时,流过电容元件的电流为0。电容对于直流相当于开路电容对于直流相当于开路。由于由于u u为一个有限值为一个有限值 电感中的电流电感中的电流i不能跃变不能跃变若若突变,突变,不可能!不可能!一般电路一般电路则则第6页,
6、共59页,编辑于2022年,星期二将上式两边同乘上将上式两边同乘上 u,并积分并积分,则得:则得:即电容将电能转换为电场能储存在电容中,当电压增即电容将电能转换为电场能储存在电容中,当电压增大时,电场能增大,电容元件从电源取用电能;当电压减大时,电场能增大,电容元件从电源取用电能;当电压减小时,电场能减小,电容元件向电源放还能量。电容小时,电场能减小,电容元件向电源放还能量。电容为储为储能元件能元件。电场能电场能根据:根据:若若突变突变不可能!不可能!一般电路一般电路则则电路电路i i为一个有限值为一个有限值 电容电容u不能跃变不能跃变 3.电阻是电阻是耗能元件耗能元件,所以电阻电路不存在所以
7、电阻电路不存在动态动态过程过程。第7页,共59页,编辑于2022年,星期二 产生动态过程的必要条件:产生动态过程的必要条件:(1)电路中含有储能元件电路中含有储能元件;(2)电路发生换路电路发生换路 换路换路:电路状态的改变。电路状态的改变。如:如:电路接通、切断、电路接通、切断、电路接通、切断、电路接通、切断、短路、电压改变或参数改变短路、电压改变或参数改变短路、电压改变或参数改变短路、电压改变或参数改变二、二、一阶动态电路方程及其初始值的确定一阶动态电路方程及其初始值的确定1.一阶动态电路的方程一阶动态电路的方程在在在在含有含有L L、C C电路中,当发生换路时,常电路中,当发生换路时,常
8、电路中,当发生换路时,常电路中,当发生换路时,常以电感电流以电感电流和电容电压和电容电压 作为变量的作为变量的常微分方程,称为常微分方程,称为动态方程动态方程当电路只有当电路只有一个储能元件一个储能元件,称之为称之为一阶动态电路一阶动态电路。其方程为其方程为一阶微分方程一阶微分方程。第8页,共59页,编辑于2022年,星期二2.换路定则换路定则 换路时换路时,电容的电场能和电感的磁场能不会发生跃电容的电场能和电感的磁场能不会发生跃变,即变,即电容电压电容电压和电和电感电流感电流不会发生跃变。不会发生跃变。t=0 表示换路瞬间表示换路瞬间(定为计时起点定为计时起点)t=0-表示换路前的最终时刻表
9、示换路前的最终时刻 t=0+表示换路后的初始时刻表示换路后的初始时刻(初始值)(初始值)换路瞬间:换路瞬间:t=0-t=0+电感电路:电感电路:电容电路电容电路:注:换路定则仅用于换路瞬间来确定动态过程中 uC、iL初始值。第9页,共59页,编辑于2022年,星期二3.初始值的确定初始值的确定(2)其它电量初始值其它电量初始值,由由t=0+的电路的电路的求解。的求解。初始值:初始值:初始值:初始值:电路中各电路中各 u、i 在在 t=0+时的数值。时的数值。(1)uC(0+)、iL(0+)的求的求法。法。1)1)先由先由先由先由t t=0-(换路前)(换路前)的电路求出的电路求出的电路求出的电
10、路求出 u uC(0 )、iL L(0)2)根据换路根据换路定则定则定则定则确定确定:电容元件视为短路。电容元件视为短路。其值等于其值等于1)若若电容元件用恒压源代替,电容元件用恒压源代替,其值等于其值等于I0,电感元件视为开路。电感元件视为开路。(2)若若 ,电感元件用恒流源代替电感元件用恒流源代替,第10页,共59页,编辑于2022年,星期二例例1:动态过程初始值的确定动态过程初始值的确定解:解:(1)由换路前电路求由换路前电路求由已知条件知由已知条件知根据换路定则得:根据换路定则得:已知:已知:已知:已知:换路前电路处稳态,换路前电路处稳态,C、L 均未储能均未储能。试求:试求:试求:试
11、求:电路中各电压和电流电路中各电压和电流的初始值的初始值。S(a)电路电路CU R2R1t=0+-L第11页,共59页,编辑于2022年,星期二例例例例1 1,换路瞬间,电容元件可视为短路。换路瞬间,电容元件可视为短路。,换路瞬间,电感元件可视为开路。换路瞬间,电感元件可视为开路。iC、uL 产生突变(2)由由换路换路后电路,求其余各电流、电压的初始值后电路,求其余各电流、电压的初始值iL(0+)U iC(0+)uC(0+)uL(0+)_u2(0+)u1(0+)i1(0+)R R2 2R1+_+-(b)(b)t=0+等效电路等效电路S(a)电路电路CU R2R1t=0+-L第12页,共59页,
12、编辑于2022年,星期二解:解:(1)由由t=0-电路求电路求 uC(0)、iL(0)换路前电路已处于稳态:换路前电路已处于稳态:电容元件视为开路;电容元件视为开路;电感元件视为短路。电感元件视为短路。4 4 R R3 32 2 +_R RR R2 2R R1 1U U8V8V+4 4 i14 4 iC C_uC C_uL LiL LL LC Ct=0-等效电路等效电路例例2换路前电路处于稳态。试求图示电路中电感的电压和换路前电路处于稳态。试求图示电路中电感的电压和换路前电路处于稳态。试求图示电路中电感的电压和换路前电路处于稳态。试求图示电路中电感的电压和电容元件的电流的初始值。电容元件的电流
13、的初始值。电容元件的电流的初始值。电容元件的电流的初始值。2 2 +_R RR R2 2R R1 1U U8V8Vt t=0=0+4 4 i14 4 iC_uC C_uL LiL LR R3 34 4 第13页,共59页,编辑于2022年,星期二解:解:L L由换路定则:由换路定则:例例22 2 +_R RR R2 2R R1 1U U8V8Vt t=0=0+4 4 i14 4 iC_uC C_uL LiL LR R3 34 4 2 2 +_R RR R2 2R R1 1U U8V8V+4 4 i14 4 iC C_uC C_uL LiL LL LC Ct=0-等效电路等效电路4 4 R R3
14、 3第14页,共59页,编辑于2022年,星期二解:解:(2)由由t=0+电路求电路求 iC(0+)、uL(0+)uc c(0+)由图可列出由图可列出代入数据代入数据iL L(0+)t=0+时等效电路时等效电路4V1A4 4 2 2 +_R RR R2 2R R1 1U U8V8V+4 4 iC_iL LR R3 3i2 2 +_R RR R2 2R R1 1U U8V8Vt t=0=0+4 4 i14 4 iC_uC C_uL LiL LR R3 34 4 t=0+电路:电容电路:电容C用用u uC C(0+)的理想电压源代替的理想电压源代替的理想电压源代替的理想电压源代替电感电感L用用i
15、iL L(0+)的理想电流源代替。的理想电流源代替。的理想电流源代替。的理想电流源代替。第15页,共59页,编辑于2022年,星期二t=0+时等效电路时等效电路4V1A4 4 2 2 +_R RR R2 2R R1 1U U8V8V+4 4 ic_iL LR R3 3i解得解得 例例22 2 +_R RR R2 2R R1 1U U8V8Vt t=0=0+4 4 i14 4 iC_uC C_uL LiL LR R3 34 4 第16页,共59页,编辑于2022年,星期二计算结果:计算结果:计算结果:计算结果:电量电量换路瞬间,换路瞬间,不能跃变,不能跃变,但其但其它电量可以跃变它电量可以跃变2
16、 2 +_R RR R2 2R R1 1U U8V8Vt t=0=0+4 4 i14 4 iC_uC C_uL LiL LR R3 34 4 第17页,共59页,编辑于2022年,星期二例:如图所示电路,在换路前处于稳态,试求换路后例:如图所示电路,在换路前处于稳态,试求换路后其中其中iL,uC和和iS的初始值和稳态值。的初始值和稳态值。+-uC15mH15101030St=0iS15V200FiL(1)求)求iL(0+),),uC(0+),),iS(0+)第18页,共59页,编辑于2022年,星期二+-151010S15ViL(0+)iS(0+)uC(0+)i(0+)(2)求稳态值)求稳态值
17、+-151010S15ViL()iS()uC()第19页,共59页,编辑于2022年,星期二第二节第二节 一阶电路的零输入响应一阶电路的零输入响应换路前电路已处稳态:换路前电路已处稳态:t=0时开关时开关,电容电容C 经电阻经电阻R 放电放电过程。过程。无电源激励无电源激励(输入信号为零输入信号为零),仅由电容元件的初始储能所产仅由电容元件的初始储能所产生的电路的响应。生的电路的响应。一、一、RC电路的零输入响应电路的零输入响应+-SRU21+图示电路,图示电路,第20页,共59页,编辑于2022年,星期二代入上式得代入上式得(1)列列 KVLKVL方程:方程:方程:方程:1.电容电压电容电压
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