電路分析與電子電路基礎第三四章復習(北郵).ppt

1、北京郵電大學電子工程學院 2013.3,退出,開始,電路與電子電路,第三四章復習,動態(tài)電路,動態(tài)元件 動態(tài)電路記憶性 換路（電路工作狀態(tài)的改變） 過渡過程,X,電容儲存電場能量,關聯(lián)參考方向下：,X,動態(tài)特性：某一時刻，電容的電流與該時刻電容電壓的變化率成正比。,連續(xù)特性：在有界電流條件下，電容電壓保持連續(xù)性。,記憶特性：某一時刻t的電容電壓值，不僅取決于t時刻的電流值，還與-到t時刻的所有電流作用有關。,儲能特性：電容在某一時刻的儲能，只取決于該時刻的電容和電壓值：,電感儲存磁場能量,關聯(lián)參考方向下：,X,動態(tài)特性：某一時刻，電感的端電壓與該時刻電感電流的變化率成正比。,連續(xù)特性：在有界電流

2、條件下，電感電流保持連續(xù)性。,記憶特性：某一時刻t的電感電流值，不僅取決于t時刻的電壓值，還與-到t時刻的所有電壓作用有關。,儲能特性：電感在某一時刻的儲能，只取決于該時刻的電感和電流值：,電容電感的串并聯(lián),X,電容的串聯(lián),電容的并聯(lián),電感的串聯(lián),電感的并聯(lián),換路定則：在電容電流和電感電壓為有界值時，電容電壓不能躍變，電感電流不能躍變，因此在換路前后瞬間的電容電壓和電感電流滿足：,X,換路定則,假設換路發(fā)生在t=0時刻,初始值：在換路的瞬間，電路中的某些電量會突然發(fā)生變化，而換路后這一瞬間這些電量的值稱為初始值。,X,初始值,計算初始值的步驟： 1、畫出 等效電路，其中，在直流激勵下的電容 相

3、當于開路，電感相當于短路，并根據(jù)該電路計算初始狀態(tài) 和 ； 2、根據(jù)換路定則， ； 3、畫出 等效電路，其中電容用電壓值為 的電壓源代替，電感用電流值為 的電流源代替； 4、根據(jù) 等效電路，用分析直流的方法計算電路中其他變量的初始值。,零狀態(tài)響應 (z.s.r)：動態(tài)元件的初始儲能為零時，僅由外加激勵引起的響應（充電過程）。,零輸入響應(z.i.r)：外加激勵為零時，僅由動態(tài)元件的非零初始狀態(tài)引起的響應（放電過程）。,全響應：動態(tài)元件處于非零初始狀態(tài)時，電路在外加激勵作用下的響應，是零輸入響應與零狀態(tài)響應之和。,X,穩(wěn)態(tài)響應：電路達到新的穩(wěn)定狀態(tài)時一直存在的響應。,暫態(tài)響應：具有指數(shù)形式，隨著

4、時間增長逐漸趨于零的響應。,響應的強制分量：形式由激勵決定的那部分響應。,響應的自由分量：形式由電路結構和元件參數(shù)決定的那部分響應。,零輸入響應,X,不僅適用于狀態(tài)變量，也適用于非狀態(tài)變量。,只適用于狀態(tài)變量。,零狀態(tài)響應,X,一階電路的三要素法,在直流激勵下，需要求一階動態(tài)電路中任一支路的電壓、電流時，只需知道待求量的初始值、穩(wěn)態(tài)值和電路的時間常數(shù)三個量就能夠求得該量的解，這種方法就成為三要素法。,暫態(tài)響應,穩(wěn)態(tài)響應,不僅適用于狀態(tài)變量，也適用于非狀態(tài)變量。,對于狀態(tài)變量,時間常數(shù)：,電壓、電流衰減的快慢取決于時間常數(shù)的大小， 越大，衰減越慢，反之則越快。,X,時間常數(shù),正弦信號的基本概念,

5、正弦信號：隨時間按正弦規(guī)律變化的信號。,時域表示：,X,正弦信號的有效值,X,正弦電流信號 的有效值,正弦電壓信號 的有效值,任一正弦信號的有效值總為其振幅的0.707倍。,常用電路變量符號表示,兩個同頻率的正弦量：,定義相位差 ：,二者同相,二者反相,正弦信號的相位差,二者正交,X,超前 相位,滯后 相位,正弦信號的相量表示,對應正弦信號 ，構造一個復值函數(shù) 。,X,某一頻率下的電路，需要分析同頻率的正弦量，此時只需關注幅度和相位的變化的變化。,正弦信號的振幅相量： ，通常寫成如下形式：,正弦信號的有效值相量： ，通常寫成如下形式：,相量形式的KCL：,X,相量形式的KVL：,電阻元件的復數(shù)

6、歐姆定律（相量形式）：,電容元件的復數(shù)歐姆定律（相量形式）：,電感元件的復數(shù)歐姆定律（相量形式）：,支路的阻抗： （單位：歐姆）,一個無源線性支路，在關聯(lián)參考方向下：,串聯(lián)阻抗：,并聯(lián)導納：,支路的導納： （單位：西門子）,根據(jù)KCL、KVL、歐姆定律及電路元件VCR的相量形式，運用相量并引用阻抗和導納，則正弦穩(wěn)態(tài)電路的計算可以仿照電阻電路的處理方法進行。這種利用相量對正弦穩(wěn)態(tài)電路進行分析的方法稱為相量法。,相量分析方法,X,相量法解題步驟,(1) 寫出已知正弦量的相量。,(2) 作出原電路的相量模型，求出電路中各相量間的關系。,(3) 根據(jù)所求得的相量，寫出相應的正弦量。,X,相量分析方法,

7、X,相量圖法,相量圖法：先定性地畫出相量圖，然后根據(jù)圖形 特征解決問題的一種方法。,有時只需計算有效值和相位差，對這類問題，更 適合于用相量圖法求解。,(1)串聯(lián)電路通常以電流作為參考相量，并聯(lián)電路通常以電壓作為參考相量，參考相量初相為零。,(2) 測量儀表的讀數(shù)為有效值。,(3) 根據(jù)電路元件的VCR確定各相量間的相位關系。,(4) 根據(jù)實部、虛部的正負確定相量所在的象限，從 而確定相位角。,功率,X,瞬時功率，關聯(lián)參考方向時：,平均功率:,單位：W（瓦特）,支路的平均功率實際上是描述電阻成分所消耗的功率。,無功功率：,單位：VAR（乏）,無功功率僅與支路中的等效電抗成分有關，反映了支路電抗

8、成分與外電路交換能量的最大速度。,視在功率：,單位：伏安(VA),電路的功率因數(shù)：,最大功率傳輸,X,固定,負載阻抗 可變。,負載獲得最大功率的條件是：,此時獲得的最大功率為：,傳輸函數(shù)與濾波,X,傳輸函數(shù)是復數(shù)，因此可以寫成：,系統(tǒng)函數(shù)幅度值 與 間的關系：幅頻響應特性；幅度值的大小隨 的變化曲線：幅頻特性曲線。,系統(tǒng)函數(shù)相位值 與 間的關系：相頻響應特性；相位大小隨 的變化曲線：相頻特性曲線。,濾波電路的種類,X,諧振,X,含有電容、電感元件的二端網(wǎng)絡，若端口的電壓與電流同相時，電路呈純電阻性，稱電路發(fā)生了諧振。,諧振條件：,串聯(lián)諧振頻率,解：,X,3-1電路和電流源的波形如圖所示，若電感

9、無初始儲能，試寫出uL(t)的表達式。,解：,X,3-2 電路和電流源的波形如圖所示，若電容無初始儲能，試寫出uC(t)的表達式。,X,解：,畫出開關閉合后的 等效電路：,由換路定則：,3-3 電路如圖所示，t=0時開關S閉合，求初始值,時，開關閉合。,時開關未閉合，電感短路，電容開路： ，,X,解：,畫出開關在b后的 等效電路：,由換路定則：,3-5 電路如圖所示，t=0時開關S由a打向b，求初始值,時，開關由a打向b。,時開關在a，電感短路：,X,解：,畫出開關閉合后的 等效電路：,由換路定則：,3-9電路如圖所示，t0電路已處于穩(wěn)態(tài)，t=0時開關S斷開，求初始值,時，開關合上。 時開關斷

10、開，電感短路，電容開路：,X,解：,由換路定則：,3-10電路如圖所示，t0電路已處于穩(wěn)態(tài)，t=0時合上開關，求初始值,時，開關合上。 時開關斷開，電感短路，電容開路：,X,畫出 等效電路。c為參考節(jié)點，a、b點節(jié)點電壓為ua，ub,X,解：,3-11電路如圖所示，求電路時間常數(shù),求電路ab端的左側(cè)電路的等效電阻，采用外加電源法。,X,解：,由換路定則：,3-12電路如圖，t=0時開關閉合，開關閉合前 ，開關閉合后 ，求 ， 并求出 以后的 。,時，開關合上。 時開關斷開，電感短路，電容開路：,X,開關閉合后電路分為兩部分:,X,時電路沒有外加激勵，所以為零輸入響應。,X,解：,由換路定則：,

11、3-13 電路如圖，t=0時開關S關閉，求 以后電流 和電壓 。,時，開關S閉合。 時，電感短路，有：,節(jié)點電壓法：,求時間常數(shù)：,X,畫出 時刻等效電路。由節(jié)點電壓法：,X,解：,由換路定則：,3-14 電路如圖，t=0時開關S關閉，求 以后的 。,時，開關S閉合。 時，電感短路，有：,節(jié)點電壓法，參考節(jié)點，節(jié)點的節(jié)點電壓分別為 ，節(jié)點電壓方程為：,求時間常數(shù)：,X,畫出 時刻等效電路。,X,解：,由換路定則：,3-15 電路如圖，t=0時開關S從1打向2，求 以后電流的 的全響應、零狀態(tài)響應和零輸入響應。,時，開關S從1打到2。 時電感短路，有：,畫出 時刻等效電路：,求時間常數(shù)：,X,t

12、0時，零輸入響應為：,零狀態(tài)響應為：,全響應為：,X,解：,由換路定則：,3-16電路如圖，t=0時開關S從1打向2，求 以后電壓 的全響應、零狀態(tài)響應和零輸入響應。,時，開關S從1打到2。 時電容開路，有：,畫出 時刻等效電路：,求時間常數(shù)：,X,t0時，零輸入響應為：,零狀態(tài)響應為：,全響應為：,X,解：,由換路定則：,3-17電路如圖，t=0時開關S從1打向2，求 以后電壓 的全響應、零狀態(tài)響應和零輸入響應。,時，開關S從1打到2。 時電容開路，有：,畫出 時刻等效電路：,求時間常數(shù)：,X,t0時，零輸入響應為：,零狀態(tài)響應為：,全響應為：,X,解：,由換路定則：,3-19 電路如圖，t

13、=0時開關S關閉，求 以后電流 的全響應、零狀態(tài)響應和零輸入響應。,時，開關S閉合。 時電感短路：,求時間常數(shù)：,X,畫出 時刻等效電路：,t0時，零輸入響應為：,零狀態(tài)響應為：,全響應為：,X,解：,由換路定則：,3-21 電路如圖，t=0時開關S關閉，求 以后電流 的全響應、零狀態(tài)響應和零輸入響應。,時，開關S閉合。 時電感短路：,畫 時刻等效電路：,X,求時間常數(shù)：,畫出 時刻等效電路：,t0時，全響應為：,X,求零輸入響應：,時，開關S閉合。,畫輸入為零時的 時刻等效電路：,零狀態(tài)響應為：,t0時，零輸入響應為：,X,解：,電感電流：,3-26圖示RL電路的零狀態(tài)響應 ，求Us 、R、

14、L及時間常數(shù)。,時，開關S閉合。 當電路再達穩(wěn)態(tài)時，電感短路，有：,時間常數(shù)：,電感電壓：,X,解：,3-27 如圖，t0無初始儲能，t=0開關閉合，求 。,時無初始儲能。 開關S閉合，響應為零狀態(tài)響應。當電路再達穩(wěn)態(tài)時，電容開路電感短路，有：,時間常數(shù)：,4-1.寫出下列正弦量的相量，列出有效值和初相位，分別畫出各自的相量圖。 （1）,4-1.寫出下列正弦量的相量，列出有效值和初相位，分別畫出各自的相量圖。 （2）,4-1.寫出下列正弦量的相量，列出有效值和初相位，分別畫出各自的相量圖。 （3）,4-1.寫出下列正弦量的相量，列出有效值和初相位，分別畫出各自的相量圖。 （4）,4-6.試對題

15、圖4-2中各個電路的問題做出答案（可借助于相量圖），圖中給出的電壓、電流皆為有效值，待求的也是相應的有效值。,4-6.試對題圖4-2中各個電路的問題做出答案（可借助于相量圖），圖中給出的電壓、電流皆為有效值，待求的也是相應的有效值。,4-6.,4-6.試對題圖4-2中各個電路的問題做出答案（可借助于相量圖），圖中給出的電壓、電流皆為有效值，待求的也是相應的有效值。,4-7.電路如題圖4-3所示，已知 ， ，求 與 的相位差角。,4-8.題圖4-4所示電路處于正弦穩(wěn)態(tài)中，請判斷電壓u與電流i的相位超前滯后關系。,4-9. 題圖4-5所示電路，求單口網(wǎng)絡的輸入阻抗 。,4-10. 如題圖4-6所示

16、， ，求單口網(wǎng)絡的輸入阻抗 。,解：,X,4-14正弦穩(wěn)態(tài)電路如題圖4-10（b）所示，圖（b）電路的節(jié)點電壓方程。,4-15 求如圖所示的正弦穩(wěn)態(tài)電路的戴維寧等效電路，已知 。,X,解：,求 。首先畫出相量模型。,X,(2)求等效內(nèi)阻:,解（續(xù)）,(3) 得到戴維寧等效電路的相量模型。,4-18.已知電路如題圖4-14所示，求電流表A的讀數(shù)。,4-19.正弦穩(wěn)態(tài)電路如題圖4-15所示， ， ，試求以 作為參考向量，使 超前 時的感抗 的值。,4-19.,4-20 題圖4-16所示電路中，已知 ，求電流 以及電路吸收的功率。,X,解：,激勵為cost：,激勵為cost：,X,4-23 求網(wǎng)絡吸收的平均功率P，無功功率Q，視在功率S。,X,解：,4-24 已知 ,試求電流i(t)、電源供出的有功功率P和無功功率Q。,X,解：,4-27 試求負載 為多大值能夠獲得最大功率，最大功率是多少？,X,解：,時獲