《动态电路分析》PPT课件

下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出 稳 定 状 态 ： 在 指 定 条 件 下 电 路 中 电 压 、 电 流 已 达 到 稳 定 值 。 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出 描 述 消 耗 电 能 的 性 质 iRu根 据 欧 姆 定 律 :即 电 阻 元 件 上 的 电 压 与 通 过 的 电 流 成 线 性 关 系SlR 金 属 导 体 的 电 阻 与 导 体 的 尺 寸 及 导 体 材 料 的导 电 性 能 有 关 ， 表 达 式 为 ： 0dd 00 tRituiW t 2t电 阻 的 能 量 Riu+_ 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出 iNiL 电 感 : ( H )电 流 通 过 N匝 线 圈 产 生 (磁 链 )N 电 流 通 过 一 匝 线 圈 产 生 (磁 通 ) ui +- tiLt-euL dddd L 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出 221 LiW tiLeu L dd根 据 基 尔 霍 夫 定 律 可 得 ：将 上 式 两 边 同 乘 上 i ， 并 积 分 ， 则 得 ：20 0 21dd LiiLituit i 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 ； 当 电 流 减 小 时 ， 磁 场 能 减 小 ， 电 感 元 件 向 电源 放 还 能 量 。 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出 电 容 ： uqC )(F u i C+_tuCi dd 当 电 压 u变 化 时 ， 在 电 路 中 产 生 电 流 :电 容 元 件 储 能将 上 式 两 边 同 乘 上 u， 并 积 分 ， 则 得 ： 20 0 21dd CuuCutuit u 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出 221CuW 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出电 流 i 随 电 压 u 比 例 变 化 。合 S后 ： 所 以 电 阻 电 路 不 存 在 过 程 (R耗 能 元 件 )。图 (a)： 合 S前 ： 00 321 RRR uuui IO(a)S+- R3R2 2i +-R1 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出 Cu ,0Ci 0Cu U 暂 态稳 态o tCu C(b) +S R 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出 L储 能 ： 221 LL LiW 换 路 : 不 能 突 变Cu 不 能 突 变 Li C 储 能 ： 221 CC CuW 由 于 物 体 所 具 有 的 能 量 不 能 跃 变 而 造 成 若 cu 发 生 突 变 ， dtdui CC 不 可 能 ！一 般 电 路则 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出)0()0( CC uu注 ： 换 路 定 则 仅 用 于 换 路 瞬 间 来 确 定 暂 态 过 程 中 uC、 iL初 始 值 。 设 ： t=0 表 示 换 路 瞬 间 (定 为 计 时 起 点 ) t=0- 表 示 换 路 前 的 终 了 瞬 间 t=0+表 示 换 路 后 的 初 始 瞬 间 （ 初 始 值 ）)0()0( LL 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出)0(),0( LC iu 0000 )(,)( LC iu 0)0()0( CC uu 0)0()0( LL U +- 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出00 )(Cu , 00 )(L , RUC )()( 00 1 )0)0( C 0)0(2 uUuuL )0()0( 1 )0)0( Lu iC 、 uL 产 生 突 变 (2) 由 t=0+电 路 ， 求 其 余 各 电 流 、 电 压 的 初 始 值U +- iL(0+ )U iC (0+ )uC (0+) uL(0+)_u2(0+)u1(0+)i1(0+ )R1 + _+- t = 0+等 效 电 路 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出解 ： (1) 由 t = 0-电 路 求 uC(0)、 iL (0) 换 路 前 电 路 已 处 于 稳 态 ： 电 容 元 件 视 为 开 路 ； 电 感 元 件 视 为 短 路 。由 t = 0-电 路 可 求 得 ： A144 442444)0( 31 3131 1 URR RRR URR RiL +_ +_ _ +_ +_ _t = 0 -等 效 电 路 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出V414)0()0( 3 LC iRu解 ： A1)0()1( Li由 换 路 定 则 ： V4)0()0( CC uu A1)0()0( LL ii +_ +_ _ +_ +_ _t = 0 -等 效 电 路 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出解 ： (2) 由 t = 0+电 路 求 iC(0+)、 uL (0+)由 图 可 列 出 )0()0()0( 2 CC uiRiRU )0()0()0( LC iii带 入 数 据 4)0(4)0(28 Cii 1)0()0( Cii t = 0+时 等 效 电 路4V 1A+_ +_+_ +_ _ 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出解 ： 解 之 得 A31)0( Ci并 可 求 出 )0()0()0()0( 32 LCCL iRuiRu V311144314 +_ +_ _ t = 0+时 等 效 电 路4V 1A+_ +_ 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出 电 量 A/Li A/CiV/Cu V/Lu0t 0t 4 11 031 04 311LC iu 、 LC ui 、+_ +_ _ 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出代 入 上 式 得 0dd CC utuRC tuC CC ddRuR 换 路 前 电 路 已 处 稳 态 UuC )0(t =0时 开 关 , 电 容 C 经 电 阻 R 放 电1S 一 阶 线 性 常 系 数 齐 次 微 分 方 程(1) 列 KVL方 程 0 CR uu1.电 容 电 压 uC 的 变 化 规 律 (t 0) 零 输 入 响 应 : 无 电 源 激 励 , 输入 信 号 为 零 , 仅 由 电 容 元 件 的初 始 储 能 所 产 生 的 电 路 的 响 应 。图 示 电 路 UuC )0(+- S RU 2 1 + Ci Cu0t Ru+ c 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出 RCP 10dd CC utuRC 01 RCP特 征 方 程 RCtAuC e 可 得时 ，根 据 换 路 定 则 , )0()0( Uut C UARCtUu C e 齐 次 微 分 方 程 的 通 解 ： 0 )0( e tCu t ptAuC e: 通 解 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出电 阻 电 压 ： RCtURiu CR e RCtRUtuCi CC edd放 电 电 流 RCtUuC e CuCi Ru tO3. 、 、 CiCu Ru 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出 (2) 物 理 意 义 RC令 :(1) 量 纲 sVA s UUuC 008.36e 1 t当 时 RCtUtuC e)( 008.36 时 间 常 数 等 于 电 压 Cu 衰 减 到 初 始 值 U0 的所 需 的 时 间 。 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出0.368U 2 3 Cu 1 U RC tRCt UUuC ee 321 tO uc 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出当 0Cut 0Cu)53(t Cu 0.368U 0.135U 0.050U 0.018U 0.007U 0.002U2 3 4 651e 2e 3e 4e 5e 6ete te 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出 零 状 态 响 应 : 储 能 元 件 的 初始 能 量 为 零 ， 仅 由 电 源 激 励所 产 生 的 电 路 的 响 应 。 000 tU tu U tu阶 跃 电 压O RiuC (0 -) = 0SU+_ C +_0t uC+ _uR 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出 UutuRC CC dd 一 阶 线 性 常 系 数非 齐 次 微 分 方 程Uuu CR CCC uutu )(即 求 特 解 ：Cu UutuRC CC dd UuUK C 即 ：解 得 ： KdtdKRCUKuC , 代 入 方 程设 ： RCtCCC AeUuuu uC (0 -) = 0SU+_ C +_0t uC+ _uR 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出 Uutu CC )()( Cu tAUuuu CCC e0dd CC utuRC通 解 即 ： 的 解 ）（ 令 RC Cu求 特 解 - RCtpt AAu C ee其 解 ： 0)0( Cu根 据 换 路 定 则 在 t=0+时 ，UA 则 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出)0()() e1e1( ttRCt UUuC RCtC UUu e 暂 态 分 量稳 态 分 量电 路 达 到稳 定 状 态时 的 电 压 -U Cu Cu+U Cu 仅 存 在于 暂 态过 程 中63.2%U-36.8%U tCuo 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出 Cu Ci CiCu tCuCi当 t = 时 UeUuC %2.63)1()( 1 )e1( RCtUuC 0 edd tRUtuCi tCC URU 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出 U0.632U 1 2 3 321 Cu 0Cu 2 64 53 tCuO 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出 uC 全 响 应 : 电 源 激 励 、 储 能 元件 的 初 始 能 量 均 不 为 零 时 ， 电路 中 的 响 应 。 )0()e1(e 0 tUUu RCtRCtC uC (0 -) = U0 S RU+_ C +_i0t uC+ _uR 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出 )0()e1(e 0 tUUu RCtRCtC )0( )e( 0 tUUU RCt稳 态 分 量零 输 入 响 应 零 状 态 响 应暂 态 分 量全 响 应稳 态 值 初 始 值 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出UuC )( 稳 态 解 初 始 值0)0()0( Uuu CC tC UUUu e)( 0 RCtCCCC uuuu e)()0()( uC (0 -) = U0S RU+_ C +_i0t uC+ _uR 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出 )(tf -)(f 稳 态 值-)0( f - tffftf e)()0()()( 利 用 求 三 要 素 的 方 法 求 解 暂 态 过 程 ， 称 为 三 要 素 法 )0( f)(f 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出)0( f t)(tfO)(f )0( f0)0()a( f 0)0()b( f0)()c( f t)(tfOt)(tfO )(f 0)()d( f t)(tfO)0( f )(f 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出 )(f )0( f )0()0()( 6320 fff. 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出 电 容 C 视为 开 路 , 电 感 L视 为 短 路 ， 即 求 解 直 流 电 阻 性 电 路中 的 电 压 和 电 流 。 V5 55510)( Cu 6666)( Li mA3 (1) 稳 态 值 的 计 算)(f例 ： uC+-t=0 C10V 1 FS 5k +- Lit =0 36 66mA S 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出 1) 由 t=0- 电 路 求 )0()0( LC iu 、2) 根 据 换 路 定 则 求 出 )0()0( )0()0( LL CC ii uu3) 由 t=0+时 的 电 路 ， 求 所 需 其 它 各 量 的 )0( i)0( u 或电 容 元 件 视 为 短 路 。; 0U其 值 等 于 ，若 0)0( Cu(1) 若 ， 0)0( 0 UuC 电 容 元 件 用 恒 压 源 代 替 ， 0 )0( 0 IiL 0)0( Li若其 值 等 于 I0 , , 电 感 元 件 视 为 开 路 。(2) 若 , 电 感 元 件 用 恒 流 源 代 替 ， 注 意 ： )0( f(2) 初 始 值 的 计 算 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出 CR0 0RL 注 意 ： 若 不 画 t =(0+) 的 等 效 电 路 ， 则 在 所 列 t =0+时 的 方 程 中 应 有 uC = uC( 0+)、 iL = iL ( 0+)。 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出 R03210 )/( RRRR U0+- CR0 CR0R1R2 R3R1U+-t=0 CR2 R3S 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出解 ： teuuuu CCCC )()0()( cu Ci2i电 路 如 图 ， t=0时 合 上 开 关 S， 合 S前 电 路 已 处 于稳 态 。 试 求 电 容 电 压 和 电 流 、 。)0( Cu V54106109)0( 33 Cu V54)0()0( CC uu t=0-等 效 电 路 )0( Cu9mA +-6k RS9mA 6k 2F 3kt=0Ci 2iCu +- C R 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出 )(cu由 换 路 后 电 路 求 稳 态 值 )(cuV18 1036 36109)( 33 Cu s 3 630 104 1021036 36 CR )(Cut电 路9mA +-6k R 3k t=0-等 效 电 路 )0( Cu9mA +-6k R 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出 V54)0( Cu V18)( Cu s3104 Ve3618 e)1854(18 250 3104t tCu ttuCi CC 250e)250(36102dd 6 Ae018.0 t250 18V54V tCuO 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出 tCCCC iiii e)()0()(用 三 要 素 法 求 Ci0)( Ci mAe126 250t 32 103 )()( tuti C mAe18)( 250ttiC mA18102 5418)0( 3 Ci 54V18V2k )0( Ci +- - S9mA 6k 2F 3kt=0Ci 2iCu +- C R 3k6k )0( Ci+-54 V9mA t=0+等 效 电 路 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出 例 2 ： 由 t=0-时 电 路解 ： V33321 6)0( Cu求 初 始 值 )0( Cu V3)0()0( CC uu )0( Cut=0-等 效 电 路1 26V 3)0( i +-+- St=0 C F56V 1 2Cu 321 +- 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出Ve3 5107.1 tt66103e0 tCCCC Uuuutu e)()0()()( s660 01610532 32 CR 求 时 间 常 数 由 右 图 电 路 可 求 得求 稳 态 值 Cu 0Cu C f52 Cu 321 +-+- St=0 C F56V 1 2Cu 321 +- 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出 tuCti CC dd)( Ae3)( 5107.12 tCuti Ciiti 21 )( tt 5107.15107.1 e5.2e A5107.1e5.1 t( 、 关 联 )CC iu Ae5.2 5107.1 t +- St=0 C F56V 1 2Cu 321 +- 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出p)1( tRC 1u T tU0 tp V0)0( _ Cu CR1u 2u+_ +_i Cu+ _ 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出 21 uuu C 很 小 ，很 小 时当 RuuR 2 Cuu 1 tuRCRiu CC dd2 tuRC dd 1由 公 式 可 知 输 出 电 压 近 似 与 输 入 电压 对 时 间 的 微 分 成 正 比 。 t 2uO V0)0( _ Cu C R1u 2u+_ +_i Cu+ _1u tt1U tpO 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出 不 同 时 的 u2波 形 UUUCR1u 2u+_ +_i Cu+ _ 2TTU tT/21utp T 2T2u tT 2T t 2u tCu T 2T2TT tU2u 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出 ;p)1( tRC Riuuuu RR 21 Rui 1 )( pt 输 出 电 压 与 输 入 电压 近 似 成 积 分 关 系 。2.分 析 1u T tU0 tp tuRCtiCuu C d1d1 12 V0)0( _ Cu CR1u 2u+_ +_i Ru+ _ 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出 t2U tt12u tt2t1U 2u tt2t1U 用 作 示 波 器 的 扫 描 锯 齿 波 电 压u1 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出 Li tLLLL iiii e)()0()( )0( Li RUii LL )0()0( 0)( Li 2) 确 定 稳 态 值 )(Li RL tLRtLRL RURUi ee)0(0 Ru LuU +- S R L21t=0 Li+ - +- 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出 tLRUtiLuL edd tLRURiu L eR LiO t RuO u tLu tLRRUiL eRU -UU RU%8.36 R u LuU +- S R L21t=0 Li+ - +- 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出 tiLeu LL ddRUiL )0( 0)0( Li RUii LL )0()0( 表表表 RRURiV L )0()0( Ru LuU +- S R L21 t=0 Li+ - +-Ru LuU +- S R L21t=0 Li+ - +-V 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出 R VD Ru LuU S R L21t=0 Li+ - +- R Ru LuU S R L21t=0 Li+ - +- 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出 图 示 电 路 中 , RL是 发 电 机 的 励 磁 绕 组 ， 其 电 感较 大 。 Rf是 调 节 励 磁 电 流 用 的 。 当 将 电 源 开 关 断 开 时 ，为 了 不 至 由 于 励 磁 线 圈 所 储 的 磁 能 消 失 过 快 而 烧 坏开 关 触 头 ， 往 往 用 一 个 泄 放 电 阻 R 与 线 圈 联 接 。 开关 接 通 R同 时 将 电 源 断 开 。 经 过 一 段 时 间 后 ， 再 将开 关 扳 到 3的 位 置 ， 此 时 电 路 完 全 断 开 。 (1) R=1000, 试 求 开 关 S由 1合向 2瞬 间 线 圈 两 端 的 电 压 u RL。 。已 知 30,80 H ,10 ,V220 fRRLU电 路 稳 态 时 S由 1合 向 2。 (2) 在 (1)中 , 若 使 U不 超 过 220V, 则 泄 放 电 阻 R应 选 多 大 ？ U LRF+_ RR1S 2 3i 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出 A23080220F RRUI V20602)100030()()0( F IRRuRL (3) 根 据 (2)中 所 选 用 的 电 阻 R, 试 求 开 关 接 通 R后 经过 多 长 时 间 ， 线 圈 才 能 将 所 储 的 磁 能 放 出 95%？ (4) 写 出 (3) 中 uRL随 时 间 变 化 的 表 示 式 。2202)30( R即 80R 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出 22 21)95.01(21 LILi 22 2102105.01021 i A446.0i求 所 经 过 的 时 间 ttL RRRIei 19e2F t19e2446.0 s078.0t )( F RRiuRL 计 算若 按 80)4( R V19220e)8030( tiuRL 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出 tLLLL iiii e)()0()(Li )e1()0( tLRtLR RUeRURUiL RUiL )( 0)0()0( LL ii RL )0)0(0( LiU LuU +- S R Lt=0 LiRu +-+ - 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出 tLRtL UUdtdiLu ee )e1( tLRLR URiu RuLi Lu RuO u tLuULiO tRU )e1( tLRL RUi 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出 )0)0(0( LiU Li tLLLL iiii e)()0()( A2.16412)0()0( 21 RRUii LL +- R2R1 4 6U 12V )0( LiLi t=012V+- R1 L S )(ti1HU 6R2 34 R3 )(tu+- 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出 A2 32 321)( RR RRR UiL s61 32 321 RR RRR L 0RL ttLi 66 e8.02e)22.1(2 )0( t )(Li )(u12V+- R1L SU 6R2 34 R3 +-R1 L 6R2 34 R31H 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出 )e8.02(36 36 6tu )0(Ve6.14 6 ttu tuuuu e)()0()( 32.1366)0( Ru V4.232.132 )(tu 332 23 RiRR RiRu L )0( u+- R1 1.2AU 6R2 34 R3t=0+等 效 电 路 +- 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出sRL 610 V43296 332 2 )()( RiRRRu L )0( ttu 6e)44.2(4 Ve6.14 6t 21.2 tA/LiO Li 变 化 曲 线 Ae8.02 6tLi u Ve6.14 6tu 42.4 t/Vu0)(u +- R1U 6R2 34 R3t= 时 等 效 电 路 +- 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出A23212)0( Li A2)0()0( LL ii用 三 要 素 法 求 解解 : 。和 电 压 LL ui例 : t = 0 等 效 电 路 Li2 13AR12由 t = 0等 效 电 路 可 求 得t=03A LuR3IS 2 11H _+LS R2R12 Li 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出 由 t = 0+等 效 电 路 可 求 得V4 )122 22()0()0( LL iu A2)0()0( LL ii (2) 求 稳 态 值 )()( LL ui 和 t = 0+等 效 电 路2 12AR12 Lu+_R3R2t = 等 效 电 路2 12 LiR1 R3R2V0)( Li由 t = 等 效 电 路 可 求 得 V0)( Lu t=03A LuR3IS 2 11H _+LS R2R12 Li 下 一 页章 目 录 返 回上 一 页 退 出 (3) 求 时 间 常 数 s5.0210 RL 3210 / RRRR Ve4 )04(0 2 2et t Lu Ae2 e)02(0 2 2t tLi 起 始 值-4V 稳 态 值2A Lu0 Li, tt=03A LuR3IS 2 11H _+LS R2R12 Li 2 1R12 R3R2 L