资源描述
单击此处可编辑母版标题样式,单击此处可编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,9/18/2006,#,第,7,讲,第,2,章电路的分析方法,受控电源电路的分析,1,2.6,受控电源电路的分析,2.6.1,受控电源,2.6.2,受控电源电路的分析计算,2.6.3,输入电阻,(,输入阻抗,),2.6.4,输出电阻,(,输出阻抗,),2,电源,非独立源,（受控源）,独立源,电压源,电流源,2.6,受控源电路的分析,2.6.1,受控电源,3,独立源和非独立源的异同,相同点：,两者性质都属电源，均可向电路,提供电压或电流。,不同点：,独立电源的电动势或电流是由非电,能量提供的，其大小、方向和电路,中的电压、电流无关；,受控源的电动势或输出电流，受电,路中某个电压或电流的控制。它不,能独立存在，其大小、方向由控制,量决定。,4,受控源分类,U,1,压控电压源,+,-,+,-,U,压控电流源,U,1,I,2,流控电流源,I,2,I,1,I,1,+,-,流控电压源,+,-,U,5,2.6.2,受控源电路的分析计算,电路的基本定理和各种分析计算方法仍可,使用，只是在列方程时必须增加一个受控,源关系式。,一般原则：,6,例,1,求,：,I,1,、,I,2,U,D,= 0.4,U,AB,电路参数如图所示,则：,+,+,-,_,U,s,20V,R,1,R,3,R,2,2A,2,2,1,I,s,A,B,I,1,I,2,U,D,设,V,B,= 0,根据节点电位法,解：,7,解得：,+,+,-,_,U,s,20V,R,1,R,3,R,2,2A,2,2,1,I,s,A,B,I,1,I,2,U,D,8,受控源电路分析计算,-,要点（,1,）,在用迭加原理求解受控源电路时，只应分别考虑独立源的作用；而受控源仅作一般电路参数处理。,9,U,s,(1),U,s,单独作用,+,+,-,-,R,1,R,2,A,B,U,D,=,0.4,U,AB,I,1,I,2,(,),I,s,单独作用,+,-,R,1,R,2,A,B,U,D,=,0.4,U,AB,I,1,I,2,I,s,根据迭加定理,U,D,=,0.4,U,AB,+,+,-,_,U,s,20V,R,1,R,3,R,2,2A,2,2,1,I,s,A,B,I,1,I,2,U,D,10,解得,代入数据得：,U,s,(1),U,s,单独作用,+,+,-,-,R,1,R,2,A,B,U,D,=,0.4,U,AB,I,1,I,2,11,节点电位法：,(,),I,s,单独作用,+,-,R,1,R,2,A,B,U,D,=,0.4,U,AB,I,1,I,2,I,s,12,（,3,）最后结果：,+,-,R,1,R,2,A,B,I,s,I,2,I,1,U,s,+,+,-,-,R,1,R,2,A,B,U,D,=0.4,U,AB,I,1,I,2,U,D,=0.4,U,AB,13,受控源电路分析计算,-,要点（,2,）,可以用两种电源互换、等效电源定理等方法，简化受控源电路。,但简化时注意不能把控制量化简掉。,否则会留下一个没有控制量的受控源电路，使电路无法求解。,6,R,3,4,1,2,+,_,U,9V,R,1,R,2,R,5,I,D,I,1,已知,:,求,:,I,1,例,2,14,两种电源互换,例,2,6,4,1,2,+,_,U,9V,R,1,R,2,R,5,I,D,I,1,R,3,6,4,+,_,U,D,1,2,+,_,U,9V,R,1,R,2,I,1,R,3,15,6,1,6,+,_,U,9V,R,1,R,2,I,D,I,1,6,+,_,U,D,1,2,+,_,U,9V,R,1,R,2,I,1,4,16,I,D,6,+,_,U,9,V,R,1,I,1,6,6,+,_,U,9V,R,1,1,R,2,I,D,I,1,17,+,-,U,9V,6,R,1,I,1,+,_,6/7,U,D,I,D,6,+,_,U,9,V,R,1,I,1,18,+,-,U,9V,6,R,1,I,1,+,_,6/7,U,D,19,2.6.3,输入电阻,(,输入阻抗,),网络,（有源或无源）,输入,输出,u,i,u,o,输入电阻,从输入端看进去的等效电阻,i,i,u,i,为直流电压，,R,i,为直流输入电阻,u,i,为交流电压，,R,i,为交流输入电阻（输入阻抗）,20,R,1,R,2,u,i,u,o,C,R,u,i,u,o,直流输入电阻,=,？,交流输入电阻,=,？,直流输入电阻,=,？,交流输入阻抗,=,？,21,输入电阻的求法：,加压求流法,（,1,）将网络中的独立源去除（恒压源短路，恒,流源开路），受控源保留；,（,2,）输入端加电压,u,i,，,求输入电流,i,i,（,3,）输入电阻,R,i,=,u,i,/i,i,22,例,3,：用加压求流法求输入电阻,U,I,1,R3,4,1,2,R,2,R,5,I,D,R,3,23,2.6.4,输出电阻,网络,（有源或无源）,输入,输出,u,i,u,o,输出电阻,从输出端看进去的等效电阻，也就是从,输出端看进去的有源二端网络的戴维南,等效电阻,24,法,1,：从输出端加压求流法（令网络中的恒压源、恒,流源（包括输入信号,u,i,）为,0,，但保留受控源）,网络,（有源或无源）,输入端,输出端,u,i,求含有受控源的二端网络的输出电阻的方法：,25,法,2,：用开路电压,/,短路电流法,（,1,）求开路电压；,（,2,）求短路电流；,（,3,）等效电阻,=,开路电压,/,短路电流,E,+,R,o,开路电压,短路电流,输出电阻,26,例,4,：求输出电阻,+,R,1,R,2,+,开路电压：,短路电流：,输出电阻：,27,例,5,：,R,1,=1k,，,R,2,=1k,，,R,3,=2k,，,U,1,=1V,，,U,2,=5V,求：电流,I,3,用戴维南定理,+,+,R,1,R,2,U,2,U,1,I,1,I=40I,1,I,3,R,3,A,B,I,2,（,1,）求开路电压,（,2,）求等效电阻（用开路电压,除短路电流法）,（,3,）求,I,3,28,求开路电压：,+,+,R,1,R,2,U,2,U,1,U,ABO,A,B,29,等效电阻：,求短路电流：,+,+,R,1,R,2,U,2,U,1,I,AB,A,B,30,海南风光,第,6,讲,第五章,非正弦周期交流电路,31,非正弦周期交流电路,第五章,5.1,概述,5.2,非正弦周期交流,信号的分解,5.3,非正弦周期交流电路,的分析和计算,5.4,非正弦周期交流,信号的平均值、有效值、平均功率的计算,32,非正弦周期交流信号的特点,不是正弦波,按周期规律变化,5.1,概述,33,半波整流电路的输出信号,非正弦周期交流信号举例,34,示波器内的水平扫描电压,周期性锯齿波,35,交直流共存电路,+,V,E,s,36,计算机内的脉冲信号,T,t,37,基波（和原,函数同频）,二次谐波,（,2,倍频）,直流分量,高次谐波,2,2,t,),1,t,=,),1,0,w,A,m,+,+,+,+,sin(,2,f,w,m,+,f,w,sin(,),(,A,A,t,f,.,5.2,非正弦周期交流,信号的分解,38,周期函数,39,教材,p202,(5-5),式,求出,A,0,、,B,km,、,C,km,便可得到原函数,的,展开式。,(,参见教材,P203,例,5-1),40,周期性方波,的分解,t,t,t,t,基波,直流分量,三次谐波,五次谐波,七次谐波,例,41,基波,直流分量,直流分量,+,基波,三次谐波,直流分量,+,基波,+,三次谐波,42,频谱图,时域,时域,周期性函数,频域,离散谱线,频域,43,5.3,非正弦周期交流电路,的分析,和计算,要点,2.,利用正弦交流电路的计算方法，对各谐波,信号分别计算。,（,注意,:,对交流各谐波的,X,L,、,X,C,不同，对直,流,C,相当于开路、,L,相于短路。,）,1.,利用付里叶级数，将非正弦周期函数展开,成若干种频率的谐波信号；,3.,将以上计算结果，用,瞬时值迭加,。,44,例,1,：,方波信号激励的电路。,已知：,求：,t,T,/2,T,计算举例,R,L,C,45,第一步：,将激励信号展开为傅里叶级数,直流分量：,谐波分量：,K,为偶数,K,为奇数,46,（,K,为奇数）,47,的最后展开式为：,t,T,/2,T,48,t,T,/2,T,I,S,0,等效电源,I,S,0,49,直流分量,基波最大值,代入已知数据：,得：,50,三次谐波最大值,五次谐波最大值,角频率,51,电流源,各频率的谐波分量为：,t,T,/2,T,52,第二步,对,各种频率的谐波分量单独计算：,1.,直流分量,I,S,0,作用,R,I,S,0,u,0,对直流，电容相当于断路；电感相当于短路。所以输出的直流分量为：,u,0,I,S,0,20,R,L,C,53,2.,基波,作用,20,R,C,u,1,L,54,20,R,L,C,u,1,55,3.,三次谐波,作用,20,R,L,C,u,3,56,4.,五次谐波,作用,20,R,L,C,u,3,57,第三步,各,谐波分量计算结果,瞬时值,迭加：,58,例,2,：,交、直流共存的电路。,求：,已知：,E,=12 V,E,1,+,_,R,4,4k,i,1,R,1,R,3,R,2,C,2,C,1,u,4,e,4k,4k,2k,10,10,_,+,解题要点：交、直流分别计算；,直流和交流瞬时值结果迭加。,59,(1),直流电源作用,(E,1,作用，,e,短路,),E,1,+,_,R,4,4k,i,1,R,1,R,3,R,2,C,2,C,1,u,4,e,4k,4k,2k,10,10,_,+,直流通道,60,(2),交流电源作用,（,e,作用，,E,1,短路）,R,3,X,C,2,（,C,2,称旁路电容）,u,4,i,1,R,4,4k,R,1,R,3,R,2,C,2,C,1,e,4k,4k,2k,10,10,_,+,以下介绍,近似计算法,61,（,C,1,称藕合电容）,C,2,也可视为短路,R,2,X,C,2,i,1,u,4,R,4,4k,R,1,R,3,R,2,C,2,C,1,e,4k,4k,2k,10,10,_,+,R,4,X,C1,同理,62,u,4,i,1,R,4,4k,R,1,R,2,C,1,e,4k,2k,_,+,简化后的交流通道,对交流通道进行简化后的计算,63,最后结果：交、直流迭加,直流分量,交流分量,i,1,t,64,计算非正弦周期交流电路应,注意的问题,1.,最后结果只能是瞬时值迭加。,不同频率正弦量不能用相量相加。,2.,不同频率对应的,X,C,、,X,L,不同。,.,65,5.4,.,非正弦周期交流,信号的平均值、有效值、平均功率的计算,66,数学,预备知识,1.,正弦、余弦信号一个周期内的积分为,0,。,三角函数的正交性,（ 为整数）,67,2.,在一个周期内的积分为 。,（ 为整数）,68,3.,三角函数的正交性,69,一、非正弦周期函数的平均值,若,则其平均值为：,(,直流分量,),正弦量的平均值为,0,70,二、非正弦周期函数的有效值,若,则有效值,:,71,结论：周期函数的有效值为直流分量及,各次谐波分量有效值平方和的方根。,利用三角函数的正交性得：,72,三、非正弦周期交流电路平均功率的计算,73,结论：,平均功率直流分量的功率各次谐波的平均功率,利用三角函数的正交性，整理后得：,74,海南风光,第,9,讲,第,6,章,电路的暂态分析,75,第,6,章 电路的暂态分析,(,电路的过渡过程,),6.1,概述,6.2,换路定理,6.3,一阶电路过渡过程的分析,6.4,脉冲激励下的,RC,电路,6.5,含有多个储能元件的一阶电路,76,旧稳态,新稳态,过渡过程,:,C,电路处于旧稳态,K,R,U,+,_,开关,K,闭,合,6.1,概述,电路处于新稳态,R,U,+,_,“,稳态,”与 “,暂态,”的概念,:,77,产生过渡过程的电路及原因,?,无过渡过程,I,电阻电路,t,= 0,U,R,+,_,I,K,电阻是耗能元件，其上电流随电压比例变化，,不存在过渡过程。,78,U,t,电容为储能元件，它储存的能量为电场能量 ，其大小为：,电容电路,因为能量的存储和释放需要一个过程，所以有,电容的电路存在过渡过程。,U,K,R,+,_,C,u,C,79,电感电路,电感为储能元件，它储存的能量为磁场能量，其大小为：,因为能量的存储和释放需要一个过程，所以有,电感的电路存在过渡过程。,K,R,U,+,_,t=,0,i,L,t,80,6.2.1,换路定理,换路,:,电路状态的改变。如：,6.2,换路定理,1 .,电路接通、断开电源,2 .,电路中电源的升高或降低,3 .,电路中元件参数的改变,.,81,换路定理,:,在换路瞬间，电容上的电压、电感中的电流不能突变。,设：,t,=0,时换路,-,换路前瞬间,-,换路后瞬间,则：,82,换路瞬间，电容上的电压、电感中的电流不能突变的原因解释如下：,自然界物体所具有的能量不能突变，能量的积累或 释放需要一定的时间。所以,*,电感,L,储存的磁场能量,不能突变,不能突变,不能突变,不能突变,电容,C,存储的电场能量,83,*,若,发生突变，,不可能,！,一般电路,则,所以电容电压,不能突变,从电路关系分析,K,R,U,+,_,C,i,u,C,K,闭合后，列回路电压方程：,84,6.2.2,初始值的确定,求解要点,：换路定理,1.,2.,根据电路的基本定律和换路后的等效,电路，确定其它电量的初始值。,初始值,（起始值）：,电路中,u,、,i,在,t,=0,+,时,的大小。,85,例,1,：,则根据换路定理：,设：,K,R,U,+,_,C,t=0,U,0,在,t=0,+,时，电容相当于短路,在,t=,时，电容相当于断路,86,例,2,：,K,R,1,U,+,_,C,t=0,R,2,U=12V,R,1,=2k,R,2,=4k,C=1F,根据换路定理：,在,t=0,+,时，电容相当于一个恒压源,87,例,3,换路时电压方程,:,根据换路定理,解,:,求,:,已知,:,R,=1k,L,=1H ,U,=20 V,、,设 时开关闭合,开关闭合前,i,L,U,K,t,=0,u,L,u,R,R,L,88,已知,:,电压表内阻,设开关,K,在,t,= 0,时打开。,求,:,K,打开的瞬间,电压表两端的电压。,换路前,(,大小,方向都不变,),换路瞬间,例,4,K,.,U,L,V,R,i,L,89,注意,:,实际使用中要加保护措施,K,U,L,V,R,i,L,u,V,90,小结,1.,换路瞬间，,不能突变。其它电量均可,能突变，变不变由计算结果决定；,电感相当于恒流源,3.,换路瞬间，,，电感相当于断路；,2.,换路瞬间，若,电容相当于短路；,电容相当于恒压源,若,91,根据电路规律列写电压、电流的微分方程，若微分方程是一阶的，则该电路为一阶电路,6.3,一阶电路过渡过程的分析,K,R,U,+,_,C,t=0,92,6.3.1,一阶电路过渡过程的求解方法,(,一,),经典法,:,用数学方法求解微分方程；,(,二,),三要素法,:,求,初始值,稳态值,时间常数,.,本节重点,93,一、 经典法,一阶常系数,线性微分方程,由数学分析知此种微分方程的解由两部分组成：,方程的特解,对应齐次方程的通解,即：,1.,一阶,R-C,电路的充电过程,K,R,U,+,_,C,t=0,94,作特解，故此特解也称为,稳态分量,或,强,在电路中，,通常取换路后的新稳态值,制分量,。所以该电路的特解为：,1.,求特解,将此特解代入方程，成立,K,R,U,+,_,C,t=0,95,2.,求齐次方程的通解,通解即：,的解。,随时间变化，故通常称为,自由分量,或,暂态分量,。,其形式为指数。设：,A,为积分常数,其中,:,96,求,A,:,所以,代入该电路的起始条件,得,:,97,时间常数,时间常数,K,R,U,+,_,C,t=0,98,当,t,=5,时，过渡过程基本结束，,u,C,达到稳态值。,当 时,:,t,U,t,0,0,0.632,U,0.865,U,0.950,U,0.982,U,0.993,U,0.998,U,过渡过程曲线,2,99,K,R,U,+,_,C,t=0,t,U,u,C,u,R,i,过渡过程曲线,100,t,U,0.632,U,越大,，过渡过程曲线变化越慢，,u,C,达到,稳态所需要的时间越长。,结论：,101,2.,一阶,R-L,电路的过渡过程（“充电”过程）,i,L,U,K,t,=0,u,L,u,R,R,L,i,L,U,0,t,u,L,u,R,102,3.,一阶,R-C,电路的放电过程,+,-,U,R,C,u,R,u,C,i,t=0,103,+,-,U,R,C,u,R,u,C,i,t=0,一阶,R-C,电路的,放电过程曲线,i,t,0,放电,104,4.,一阶,R-L,电路的过渡过程（“放电”过程）,+,-,U,R,1,L,u,L,i,L,t=0,R,2,t,0,105,3.,非,0,起始态的,R-C,电路的过渡过程,K,R,U,+,_,C,t=0,根据换路定理,叠加方法,状态为,0,，即,U,0,=0,输入为,0,，即,U=0,106,时间常数,初始值,稳态值,稳态值,一般形式：,K,R,U,+,_,C,t=0,107,二、分析一阶电路 过渡过程的三要素法,一阶电路微分方程解的通用表达式：,K,R,U,+,_,C,t=0,其中三要素为,:,稳态值,-,初始值,-,时间常数,-,代表一阶电路中任一电压、电流函数。,式中,108,三要素法求解过渡过程要点：,终点,起点,t,分别求初始值、稳态值、时间常数,将以上结果代入过渡过程通用表达式,画出过渡过程曲线（,由初始值,稳态值,）,109,例,1,K,R,1,=2k,U=10V,+,_,C=1,F,t=0,R,2,=3k,“,三要素法”例题,110,K,R,1,=2k,U=10V,+,_,C=1,F,t=0,R,2,=3k,4V,6V,10V,0,t,u,C,u,R1,2mA,i,C,111,例,2,t=0,R,1,=,5k,R,2,=,5k,I=2mA,C=1,F,，,R,为去掉,C,后的有源二端网络的等效电阻,u,C,5,10,0,t,112,求,:,电感电压,例,3,已知：,K,在,t=0,时闭合，换路前电路处于稳态。,t=0,3A,L,K,R,2,R,1,R,3,I,S,2,2,1,1H,113,第一步,:,求起始值,t=0,3A,L,K,R,2,R,1,R,3,I,S,2,2,1,1H,t,=0,时等效电路,3A,L,114,t,=0,+,时等效电路，电感相当于一个,2A,的恒流源,2A,R,1,R,2,R,3,t,=0,3A,L,K,R,2,R,1,R,3,I,S,2,2,1,1H,t=0,+,时的等效电路,115,第二步,:,求稳态值,t,=,时等效电路,t,=0,3A,L,K,R,2,R,1,R,3,I,S,2,2,1,1H,R,1,R,2,R,3,116,第三步,:,求时间常数,t,=0,3A,L,K,R,2,R,1,R,3,I,S,2,2,1,1H,L,R,2,R,3,R,1,L,R,117,第四步,:,将三要素代入通用表达式得过渡过程方程,118,第五步,:,画过渡过程曲线（由初始值,稳态值）,起始值,-,4V,t,稳态值,0V,119,已知：开关,K,原在“,3”,位置，电容未充电。,当,t,0,时，,K,合向“,1”,t,20 ms,时，,K,再 从“,1”,合向“,2”,求：,例,4,3,+,_,U,1,3,V,K,1,R,1,R,2,1k,2k,C,3,+,_,U,2,5,V,1k,2,R,3,120,解,：,第一阶段,（,t = 0 20,ms,，,K,：,3,1,）,R,1,+,_,U,1,3,V,R,2,初始值,K,+,_,U,1,3,V,1,R,1,R,2,1k,2k,C,3,3,121,稳态值,第一阶段（,K,：,3,1,）,R,1,+,_,U,1,3,V,R,2,K,+,_,U,1,3,V,1,R,1,R,2,1k,2k,C,3,3,122,时间常数,第一阶段（,K,：,3,1,）,R,1,+,_,U,1,3,V,R,2,C,K,+,_,U,1,3,V,1,R,1,R,2,1k,2k,C,3,3,123,第一阶段（,t,= 0 20 ms,）电压过渡过程方程：,124,第一阶段,（,t,= 0 20 ms,）,电流过渡过程方程：,125,第一阶段波形图,20ms,t,2,3,t,20ms,1,说明：,2 ms, 5,10 ms,20 ms 10 ms , t=20 ms,时，,可以认为电路,已基本达到稳态。,下一阶段,的起点,下一阶段,的起点,126,起始值,第二阶段,: 20ms ,（,K,由,1,2,）,+,_,U,2,R,1,R,3,R,2,+,_,t=,20,+,ms,时等效电路,K,U,1,R,1,+,_,+,_,U,2,3V,5V,1k,1,2,R,3,R,2,1k,2k,C,3,127,稳态值,第二阶段,:(,K,:1,2),_,+,E,2,R,1,R,3,R,2,K,U,1,R,1,+,_,+,_,U,2,3V,5V,1k,1,2,R,3,R,2,1k,2k,C,3,128,时间常数,第二阶段,:(,K,:1,2),_,C,+,U,2,R,1,R,3,R,2,K,U,1,R,1,+,_,+,_,U,2,3V,5V,1k,1,2,R,3,R,2,1k,2k,C,3,129,第二阶段,（,20,ms,）,电压过渡过程方程,130,第二阶段,（,20ms ,）,电流过渡过程方程,131,第一阶段,：,20ms,t,2,2.5,(V),第二阶段,：,132,第一阶段,：,3,1.5,t,1.25,1,(,mA),20ms,第二阶段,：,133,
展开阅读全文