第七章一阶电路和二阶电路的时域分析优秀PPT.ppt
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1、第七章第七章 一阶电路和二一阶电路和二阶电路的时域分析阶电路的时域分析现在学习的是第1页,共61页7-8 7-8 一阶电路和二阶电路的冲激响应一阶电路和二阶电路的冲激响应*7-9 *7-9 卷积积分卷积积分*7-10*7-10 状态方程状态方程*7-11*7-11 动态电路时域分析中的几个问题动态电路时域分析中的几个问题7-7 7-7 一阶电路和二阶电路的阶跃响应一阶电路和二阶电路的阶跃响应现在学习的是第2页,共61页 理解动态电路的概念;熟练掌握求解一阶电路的理解动态电路的概念;熟练掌握求解一阶电路的零输入、零状态和全响应的方法;掌握求解一阶电路阶零输入、零状态和全响应的方法;掌握求解一阶电
2、路阶跃响应、冲激响应的方法;了解求解二阶电路的各种响跃响应、冲激响应的方法;了解求解二阶电路的各种响应的经典法;了解二阶电路的过渡过程的性质和物理意应的经典法;了解二阶电路的过渡过程的性质和物理意义。义。应用三要素法分析一阶电路的零输入响应、零状态响应应用三要素法分析一阶电路的零输入响应、零状态响应和全响应;求解一阶电路的阶跃响应、冲激响应。和全响应;求解一阶电路的阶跃响应、冲激响应。现在学习的是第3页,共61页 针对一阶或高阶电路,如何写出相应的微分方程;冲针对一阶或高阶电路,如何写出相应的微分方程;冲激响应的求解。激响应的求解。讲课讲课7 7学时,习题学时,习题1 1学时。学时。现在学习的
3、是第4页,共61页一、动态电路的有关概念一、动态电路的有关概念 一阶一阶(动态动态)电路电路 仅含仅含一个动态元件一个动态元件,且无源元件都是线性和时不变的,且无源元件都是线性和时不变的电路,其电路方程是一阶线性常微分方程。电路,其电路方程是一阶线性常微分方程。7-1 7-1 动态电路的方程及其初始条件动态电路的方程及其初始条件 二阶二阶(动态动态)电路电路 含含两个动态元件两个动态元件的电路,其电路方程是二阶微分方程。的电路,其电路方程是二阶微分方程。现在学习的是第5页,共61页7-1 7-1 动态电路的方程及其初始条件动态电路的方程及其初始条件 过渡过程过渡过程 当电路的结构或元件的参数发
4、生变化时,可能使电当电路的结构或元件的参数发生变化时,可能使电路从一种工作状态转变到另一种工作状态,期间所经历路从一种工作状态转变到另一种工作状态,期间所经历的过程称为过渡过程。的过程称为过渡过程。换路换路 电路结构或参数变化引起的电路变化称为换路,电路结构或参数变化引起的电路变化称为换路,换路是瞬换路是瞬间完成的。间完成的。设设 t=0 时刻时刻换路,则换路,则 t=0-表示换路前的终了瞬间表示换路前的终了瞬间 t=0+表示换路后的初始瞬间表示换路后的初始瞬间(初始值)(初始值)现在学习的是第6页,共61页7-1 7-1 动态电路的方程及其初始条件动态电路的方程及其初始条件二、分析动态电路的
5、方法二、分析动态电路的方法 经典法经典法 三要素法三要素法 该方法仅适用于一阶动态电路该方法仅适用于一阶动态电路。建立以时间为自变量的线性常微分方程,然后求解,该方建立以时间为自变量的线性常微分方程,然后求解,该方法是在时域中进行法是在时域中进行。三、动态电路的初始条件三、动态电路的初始条件 电路中所求变量电路中所求变量(电压或电流电压或电流)及其及其(n-1)阶导数在阶导数在t=0+时的值。时的值。初始条件初始条件(初始值初始值)现在学习的是第7页,共61页7-1 7-1 动态电路的方程及其初始条件动态电路的方程及其初始条件 独立初始条件独立初始条件电容电压的初始值电容电压的初始值uC(0+
6、)。令令 t0=0-,t=0+,则,则若换路前后,若换路前后,i 为有限值,则为有限值,则换路瞬间,换路瞬间,电容电压不能突变电容电压不能突变。现在学习的是第8页,共61页7-1 7-1 动态电路的方程及其初始条件动态电路的方程及其初始条件电感电流的初始值电感电流的初始值iL(0+)。令令 t0=0-,t=0+,则,则若换路前后,若换路前后,uL 为有限值,则为有限值,则换路瞬间,换路瞬间,电感电流不能突变电感电流不能突变。现在学习的是第9页,共61页7-1 7-1 动态电路的方程及其初始条件动态电路的方程及其初始条件 非独立初始条件非独立初始条件换路定则换路定则换路瞬间,换路瞬间,电容电压不
7、能突变电容电压不能突变;电感电流不能突变电感电流不能突变。根据独立初始条件,采用根据独立初始条件,采用t=0+时的等效电路:时的等效电路:电容元件用理想电压源代替电容元件用理想电压源代替,其电压值为,其电压值为uC(0+);电感元件用理想电流源代替电感元件用理想电流源代替,其电流值为,其电流值为iL(0+)。现在学习的是第10页,共61页例:例:换路前电路处于稳态,试求图示电路中元件电压和换路前电路处于稳态,试求图示电路中元件电压和电流的初始值。电流的初始值。解:解:由由t=0-等效电路求等效电路求 uC(0)、iL(0)6 24Vt=0iSiCuCuLiL12 i16 i2+-+-+-t=0
8、-等效电路等效电路 6 24VuC(0-)12 6+-+-iL(0-)7-2 7-2 一阶电路的零输入响应一阶电路的零输入响应现在学习的是第11页,共61页由由t=0+等效电路求非独立初始值等效电路求非独立初始值t=0+等效电路等效电路 6 24VuC(0+)12 6+-+-iL(0+)i1(0+)i2(0+)iS(0+)iC(0+)uL(0+)+-7-2 7-2 一阶电路的零输入响应一阶电路的零输入响应现在学习的是第12页,共61页7-2 7-2 一阶电路的零输入响应一阶电路的零输入响应一、一、RC电路的零输入响应电路的零输入响应零输入响应:零输入响应:换路后,动态电路中无外施激励电源,仅换
9、路后,动态电路中无外施激励电源,仅由动态元件初始储能所产生的响应。由动态元件初始储能所产生的响应。Ut=0C+-+-RuRuCiRC放电电路放电电路一阶齐次微分方程 电容电压电容电压 uC 的变化规律的变化规律(t 0)现在学习的是第13页,共61页7-2 7-2 一阶电路的零输入响应一阶电路的零输入响应令方程通解为:令方程通解为:特征方程:特征方程:将其带入方程得将其带入方程得由初始值确定由初始值确定积分常数积分常数A方程通解为:方程通解为:根据换路定则:根据换路定则:t=0+时,则时,则 A=U电容电压电容电压 uC 的变化规律(的变化规律(t 0)为)为现在学习的是第14页,共61页7-
10、2 7-2 一阶电路的零输入响应一阶电路的零输入响应 电容电压电容电压uC按指数规律从初始值按指数规律从初始值U衰减而趋于零,衰减的衰减而趋于零,衰减的快慢由电路的快慢由电路的时间常数时间常数决定。决定。i、uR的变化规律的变化规律 uC、i、uR的变化曲线的变化曲线U-UtOuC,i,uR现在学习的是第15页,共61页7-2 7-2 一阶电路的零输入响应一阶电路的零输入响应物理意义物理意义令令:单位单位:秒(秒(S)时间常数时间常数 决定电路暂态过程变化的快慢。决定电路暂态过程变化的快慢。当当 时,时,时间常数时间常数等于电压等于电压uC衰减到衰减到初始值初始值U的的36.8%所需的所需的时
11、间。时间。时间常数时间常数tOuCU36.8%U现在学习的是第16页,共61页7-2 7-2 一阶电路的零输入响应一阶电路的零输入响应经过经过 t=5 的时间,就足可认为电路达到稳态。的时间,就足可认为电路达到稳态。理论上理论上 t 电路才能达到稳态。电路才能达到稳态。工程上认为工程上认为 电路就可认为达到稳态。电路就可认为达到稳态。几何意义:几何意义:指数曲线上任意点的次指数曲线上任意点的次切距的长度都等于切距的长度都等于 。暂态时间暂态时间tOuCU36.8%U0.368U 0.135U 0.050U 0.018U 0.007U 0.002U随时间而衰减随时间而衰减现在学习的是第17页,共
12、61页二、二、RL电路的零输入响应电路的零输入响应 电感电流电感电流 iL 的变化规律的变化规律t=0时开关时开关S由由1合到合到2一阶线性齐次微分方程令方程通解为:令方程通解为:由特征方程:由特征方程:Ut=0L+-+-RuRuLiL7-2 7-2 一阶电路的零输入响应一阶电路的零输入响应现在学习的是第18页,共61页7-2 7-2 一阶电路的零输入响应一阶电路的零输入响应由初始值确定由初始值确定积分常数积分常数 A方程通解为:方程通解为:电感电流电感电流 iL 按指数规律从初始值衰减至零,衰减按指数规律从初始值衰减至零,衰减的快慢由的快慢由决定。决定。根据换路定则:根据换路定则:t=0+时
13、,则时,则 现在学习的是第19页,共61页7-2 7-2 一阶电路的零输入响应一阶电路的零输入响应 uL、uR的变化规律的变化规律 iL、uL、uR的变化曲线的变化曲线O-UuRtiL,uL,uRiLUuL 现在学习的是第20页,共61页7-2 7-2 一阶电路的零输入响应一阶电路的零输入响应 eL可能使开关两触点之间可能使开关两触点之间的空气击穿而造成电弧以延缓的空气击穿而造成电弧以延缓电流的中断,开关触点因而被电流的中断,开关触点因而被烧坏。烧坏。用开关用开关S将线圈从电源断开而未加以短路将线圈从电源断开而未加以短路 解决方法:解决方法:与线圈串接与线圈串接低低值值泄放电阻泄放电阻R1。U
14、t=0L+-+-RuRLiUt=0L+-+-RuRLiR1与线圈连接泄放电阻与线圈连接泄放电阻 因为电流变化率因为电流变化率 很大很大所以所以 很大很大现在学习的是第21页,共61页7-2 7-2 一阶电路的零输入响应一阶电路的零输入响应例例7-2 图示是一台图示是一台300kW汽轮发电机的励磁回路。已知汽轮发电机的励磁回路。已知励磁绕组的电阻励磁绕组的电阻R=0.189,电感,电感L=0.398H,直流电压,直流电压U=35V。电压表的量程为。电压表的量程为50V,内阻,内阻 RV=5k。开关未断。开关未断开时,电路中电流已经恒定不变。在开时,电路中电流已经恒定不变。在 t=0 时断开开关。
15、求:时断开开关。求:电阻、电感回路的时间常数;电阻、电感回路的时间常数;电流电流 i 的初始值;的初始值;电流电流 i和电压表处的电压和电压表处的电压uV;开关刚断开时,电压表处的电压。开关刚断开时,电压表处的电压。+-RViLRV+-uVU解:解:现在学习的是第22页,共61页7-2 7-2 一阶电路的零输入响应一阶电路的零输入响应现在学习的是第23页,共61页7-2 7-2 一阶电路的零输入响应一阶电路的零输入响应例例7-3 图示电路,开关图示电路,开关S合在位置合在位置1时电路已达稳态,时电路已达稳态,t=0时时开关由位置开关由位置1合向位置合向位置2,试求,试求t0时的电流时的电流i(
16、t)。解:解:用加压求流法求等效电阻 R+-2i+-i9V0.25F现在学习的是第24页,共61页7-3 7-3 一阶电路的零状态响应一阶电路的零状态响应一、一、RC电路的零状态响应电路的零状态响应零状态响应:零状态响应:换路后,动态电路中动态元件初始储能为零,换路后,动态电路中动态元件初始储能为零,由外施激励引起的响应。由外施激励引起的响应。Ut=0C+-+-RuRuCiRC充电电路充电电路+-u一阶线性非齐次微分方程 电容电压电容电压uC的变化规律的变化规律现在学习的是第25页,共61页方程的解方程的解=特解特解+通解通解特解特解:通解:通解:即:即:7-3 7-3 一阶电路的零状态响应一
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