电路分析基础 第04章 动态电路的瞬态分析ppt课件.ppt

《电路分析基础 第04章 动态电路的瞬态分析ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第四章动态电路的瞬态分析本章将介绍两种新的电路元件——电感元件和电容元件。电感元件和电容元件的主要性质之一——伏安特性，涉及导数或积分关系，因此由它们和电阻元件、电源元件共同构成的电路就称为动态电路。4.1电容元件与电感元件4.2换路定律与初始值的计算4.3一阶电路的自由响应和强制响应4.4一阶电路的零输入响应4.5一阶电路的零状态响应4.6一阶电路的全响应4.7求解一阶电路的三要素法4.8正弦信号激励下的一阶电路4.9阶跃信号与阶跃响应4.10微分电路与积分电路4.11二阶电路的瞬态分析4.12电路中发生强迫跃变时的瞬态分析4.1电容元件与电感元件1.电容元件(1)电容

2、与线性电容元件电容是表征电场储能性质的电路参数。电容元件是以电容为唯一参数的电路元件，是电容器的理想化模型。电容器的基本结构是两个金属薄片中间填以绝缘介质。(2)电容元件的伏安特性虽然电容是根据q-uC关系定义的，但在电路分析中，我们感兴趣的是电容元件的伏安关系。将式(4-2)与图4-2所示的参考方向结合起来，就可以确定电容电流在充电与放电过程中的实际方向。2.电感元件(1)电感与线性电感元件电感是表征磁场储能性质的电路参数。电感元件是以电感为唯一参数的电路元件，是实际电感线圈的理想化模型。(2)电感元件的伏安特性如果电感线圈中有随时间变化的电流流过，那么，穿过线圈的磁通

3、也随之变化。按照电磁感应定律，线圈中将会有感应电动势产生，这种由流过线圈本身的电流产生的感应电动势叫自感电动势。4.2换路定律与初始值的计算1.过渡过程的产生过渡过程是由于激励信号的突然接入或改变，电路的接通或开断，以及电路参数的突变等等所引起的，这些改变可统称为换路。然而，换路仅是电路产生过渡过程的外部条件。从物理本质上看，电路与其周围的电场和磁场是紧密相关的。电路中电流、电压的建立和改变必然伴随着电场与磁场能量的建立和改变。而能量的改变，只能渐变，不能跃变，因为能量的跃变意味着功率p=dW/dt→∞，这是任何实际电源都无法提供的。这就是为什么实际电路不能随着换路从一个

4、稳态立即变到另一个稳态，而总要经历或长或短的过渡过程的根本原因。2.换路定律与初始值的计算(1)电路的状态下面，先介绍一个重要概念——电路的状态。“状态”一词在电路瞬态分析中是一个专用的术语，有其特定的含意(注)。(2)换路定律换路定律包括下述两条内容：①在电容支路中的电流为有限值的条件下，换路瞬间电容元件的端电压保持不变。②在电感元件的端电压为有限值的条件下，换路瞬间电感支路中的电流保持不变。(3)电压、电流初始值的确定电路中电压和电流初始值可分为两类。一类是电容电压和电感电流的初始值，即uC(0+)和iL(0+)。(4)初始值的计算初始值的计算可按如下步骤进行。①画出

5、t=0-时的等效电路，确定uC(0-)与iL(0-)值。②画出t=0+时的等效电路。③在t=0+时的等效电路中，计算各电压和电流的初始值。4.3一阶电路的自由响应和强制响应由一阶微分方程描述的电路称为一阶电路。从电路结构来看，一阶电路只包含一个动态元件，凡是可以应用等效概念将多个同类型的动态元件化归为一个等效元件的电路也都是一阶电路。显而易见，满足上述条件的一阶电路有RC电路和RL电路两种。1.求解非齐次方程的特解将特解uCp(t)代入原方程，用待定系数法确定特解中的常数P等。由此可见，这个解与激励有关，它随时间变化的规律与激励完全相同，因此，称特解为电路的强制响应。如果

6、强制响应就是稳态响应的话，则特解也就是新的稳态响应。那么，对于直流电源激励的电路，这个解就可以用分析直流电路的方法求得；对于正弦函数激励的电路，可用相量法分析求得；对于指数函数、斜坡函数与冲激函数等激励的电路，因为在这些电路中没有稳态解，故只能用比较系数法求得。2.求解齐次方程的通解3.写出电路的全解总结上述分析过程，对于具有周期性或恒定电源的电路，用经典法求解过渡过程的步骤可简要地归纳如下：①根据基尔霍夫定律和元件的伏安关系，列出换路后待求量为未知量的电路微分方程。②求待求量的稳态分量(或强制分量)，作为相应非齐次方程的特解。③求待求量的暂态分量(或固有分量)，作为相应

7、齐次方程的通解。④将上述两个分量相加即为待求量，然后按初始条件确定积分常数。4.4一阶电路的零输入响应一般情况下，可以认为电路响应是由输入激励和电路的初始状态共同产生的。为便于分析，将仅由电路初始储能引起的响应称为零输入响应，将仅由输入激励产生的响应称为零状态响应，电路的全响应则是上述两个响应分量的线性叠加。1.具有初始储能的电容器通过电阻放电如图4-13所示电路，开关K闭合以前，电容C已具有电压U0。开关K闭合后，电容器开始通过电阻放电。我们来分析放电过程中电容的端电压及电路中电流的变化规律。图4-13RC串联电路的零输入响