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文檔簡介

動態(tài)電路的分析1第1頁,共35頁,2023年,2月20日,星期日

電路動態(tài)性:

含有電容、電感元件的電路,當(dāng)電路工作狀態(tài)發(fā)生改變時,由于電容、電感元件存在慣性,使得電路狀態(tài)變化具有一個過渡過程。動態(tài)元件:電容C和電感元件L,來模擬存儲效應(yīng)電路模型。2第2頁,共35頁,2023年,2月20日,星期日

4.1一階動態(tài)電路電容元件:電容器是一種能儲存電能的部件。具有儲存電能作用元件可用一個理想化的電路模型來表示。3第3頁,共35頁,2023年,2月20日,星期日

4.1一階動態(tài)電路參考方向關(guān)聯(lián)選擇

電容具有動態(tài)性當(dāng)電壓穩(wěn)定后,電壓不隨時間變化,電流為零,電容元件相當(dāng)于開路,電容具有“隔直”特性4第4頁,共35頁,2023年,2月20日,星期日4.1一階動態(tài)電路參考方向關(guān)聯(lián)選擇

認(rèn)為是電容未儲存電量的時刻

電容具有記憶性:電容電壓對電流具有記憶能力電容具有慣性任意時刻的電容電壓總是在前一時刻電容電壓基礎(chǔ)上增加或者減少,電容電壓具有連續(xù)性,即電容具有慣性5第5頁,共35頁,2023年,2月20日,星期日4.1一階動態(tài)電路

4.1.1電容元件參考方向關(guān)聯(lián)選擇

電容吸收的能量:從初始時刻到t時刻電容吸收的電場能電容是無源元件注:實際電容除有儲能作用外,一般也要消耗一部分電能,這時電容器可以采用電容元件與電阻并聯(lián)組合代替。思考題:“未被充電的電容相當(dāng)于短路”是否正確?如何理解?6第6頁,共35頁,2023年,2月20日,星期日

4.1.2電感元件電感元件:能儲存磁場能的部件7第7頁,共35頁,2023年,2月20日,星期日

4.1.2電感元件電感具有動態(tài)性當(dāng)電流穩(wěn)定后,電流不隨時間變化,電壓為零,電感元件相當(dāng)于短路參考方向關(guān)聯(lián)選擇

8第8頁,共35頁,2023年,2月20日,星期日4.1.2電感元件認(rèn)為是電感未儲存磁場能量的時刻

電感具有記憶性電感電流對電壓具有記憶能力電感具有慣性任意時刻的電感電流總是在前一時刻電感電流基礎(chǔ)上增加或者減少,電感電流具有連續(xù)性,即電感具有慣性參考方向關(guān)聯(lián)選擇

9第9頁,共35頁,2023年,2月20日,星期日4.1.2電感元件電感吸收的能量:從初始時刻到t時刻電感吸收的電場能電感是無源元件注:實際電感除有儲能作用外,一般也要消耗一部分電能,這時電容器可以采用電感元件與電阻串聯(lián)組合代替。思考題:“沒有儲能的電感相當(dāng)于開路”是否正確?如何理解?參考方向關(guān)聯(lián)選擇

10第10頁,共35頁,2023年,2月20日,星期日4.1.2電感元件電感吸收的能量:從初始時刻到t時刻電感吸收的電場能電感是無源元件注:實際電感除有儲能作用外,一般也要消耗一部分電能,這時電容器可以采用電感元件與電阻串聯(lián)組合代替。思考題:“沒有儲能的電感相當(dāng)于開路”是否正確?如何理解?參考方向關(guān)聯(lián)選擇

11第11頁,共35頁,2023年,2月20日,星期日4.1.3換路定理及電路初始條件的確定換路:含有電容、電感元件的電路,其工作狀態(tài)突然發(fā)生變化。瞬態(tài)過程:電容、電感具有慣性,使得換路后電路中的各個電流、電壓按照新電路特定的約束關(guān)系逐步達(dá)到一個新的穩(wěn)定工作狀態(tài)。瞬態(tài)分析:換路前后穩(wěn)定工作狀態(tài)的過渡分析12第12頁,共35頁,2023年,2月20日,星期日4.1.3換路定理及電路初始條件的確定電容電路換路如果認(rèn)為換路在瞬間完成電容元件換路前后電壓不能突變13第13頁,共35頁,2023年,2月20日,星期日4.1.3換路定理及電路初始條件的確定電感電路換路如果認(rèn)為換路在瞬間完成電感元件換路前后電流不能突變,電感電流具有連續(xù)性14第14頁,共35頁,2023年,2月20日,星期日4.1.3換路定理及電路初始條件的確定換路定理對于含有電容、電感元件的電路,換路時,電容電壓和電感電流不能突變。注:換路定理對確定動態(tài)電路的初始條件很重要15第15頁,共35頁,2023年,2月20日,星期日4.1.3換路定理及電路初始條件的確定瞬態(tài)電路初始條件確定若要確定電路的初始條件,應(yīng)先畫出電路換路瞬間的等效電路圖,再應(yīng)用電路分析方法求出初始條件16第16頁,共35頁,2023年,2月20日,星期日4.1.3換路定理及電路初始條件的確定應(yīng)用舉例:t=0時刻突然斷開,初始條件確定換路前()動態(tài)電路及其等效電路當(dāng)電路狀態(tài)穩(wěn)定后,電路中電壓、電流不再變化。電容不再充電,電容對直流呈現(xiàn)開路狀態(tài),同時電感對直流呈現(xiàn)短路狀態(tài)。17第17頁,共35頁,2023年,2月20日,星期日4.1.3換路定理及電路初始條件的確定根據(jù)換路定理,電容電壓和電感電流不會突變:獨(dú)立的初始條件18第18頁,共35頁,2023年,2月20日,星期日4.1.3換路定理及電路初始條件的確定非獨(dú)立的初始條件確定換路前()動態(tài)電路及其等效電路

注:電路的非獨(dú)立初始條件,即電阻的電壓或電流、電容電流和電感電壓等則需要通過初始值電路,根據(jù)KVL、KCL和VCR求得19第19頁,共35頁,2023年,2月20日,星期日4.2一階電路的零輸入響應(yīng)一階電路:RC電路和LC電路。零輸入響應(yīng):一階電路沒有外施激勵時,由電路中動態(tài)元件的初始儲能引起的響應(yīng)。20第20頁,共35頁,2023年,2月20日,星期日4.2.1RC電路的零輸入響應(yīng)

RC電路的零輸入響應(yīng)開關(guān)K先接于接點①,當(dāng)電路達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后,電容C已儲有電荷,這時換路,將開關(guān)K接于接點②,電容儲存的電場能就將通過電阻R發(fā)熱而轉(zhuǎn)化為熱能。21第21頁,共35頁,2023年,2月20日,星期日4.2.1RC電路的零輸入響應(yīng)

RC電路的零輸入響應(yīng)RC電路的時間常數(shù)22第22頁,共35頁,2023年,2月20日,星期日4.2.2RL電路的零輸入響應(yīng)

RC電路的零輸入響應(yīng)23第23頁,共35頁,2023年,2月20日,星期日4.2.2RL電路的零輸入響應(yīng)

RC電路的零輸入響應(yīng)時間常數(shù)24第24頁,共35頁,2023年,2月20日,星期日4.3一階電路的零狀態(tài)響應(yīng)一階電路的零狀態(tài)響應(yīng):

一階電路在零初始狀態(tài)下(動態(tài)元件初始儲能為零)由外施激勵引起的響應(yīng)。25第25頁,共35頁,2023年,2月20日,星期日4.3.1RC電路的零狀態(tài)響應(yīng)開關(guān)K閉合前電容C處于零初始狀態(tài)時刻閉合開關(guān)K

其齊次方程的通解非齊次方程的一個特解為:26第26頁,共35頁,2023年,2月20日,星期日4.3.1RC電路的零狀態(tài)響應(yīng)開關(guān)K閉合前電容C處于零初始狀態(tài)時刻閉合開關(guān)K

27第27頁,共35頁,2023年,2月20日,星期日4.3.2RL電路的零狀態(tài)響應(yīng)開關(guān)K閉合前電感L處于零初始狀態(tài)時刻閉合開關(guān)K其齊次方程的通解非齊次方程的一個特解為:28第28頁,共35頁,2023年,2月20日,星期日4.3.2RL電路的零狀態(tài)響應(yīng)時刻閉合開關(guān)K開關(guān)K閉合前電感L處于零初始狀態(tài)29第29頁,共35頁,2023年,2月20日,星期日4.4一階電路的全響應(yīng)一階電路的全響應(yīng):指一個非零初始狀態(tài)的一階電路受到激勵時電路產(chǎn)生的響應(yīng)。30第30頁,共35頁,2023年,2月20日,星期日4.4一階電路的全響應(yīng)RC電路的全響應(yīng)開關(guān)K先接于接點①,當(dāng)電路達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后,電容C已儲有電荷。這時換路,將開關(guān)K接于接點②時刻換路31第31頁,共35頁,2023年,2月20日,星期日4.4一階電路的全響應(yīng)解的討論上式第一項是RC電路的穩(wěn)態(tài)分量,而第二項是瞬態(tài)分量。這說明,RC電路全響應(yīng)是穩(wěn)態(tài)分量和瞬態(tài)分量的疊加:全響應(yīng)=(穩(wěn)態(tài)分量)+(瞬態(tài)分量)上式第一項是RC電路的零輸入響應(yīng),而第二項恰好是零狀態(tài)響應(yīng)。這說明,RC電路全響應(yīng)是零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)的疊加:全響應(yīng)=(零輸入響應(yīng))+(零狀態(tài)響應(yīng))注:兩種分解辦法可以用于求解一階電路的全響應(yīng)。但是不論哪種分解辦法,其實質(zhì)都是求解響應(yīng)的初始值、特解和時間常數(shù)32第32頁,共35頁,2023年,2月20日,星期日4.5一階電路的三要素公式三要素公式:若將動態(tài)方程變形為初始值

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