阶电路和二阶电路的时域分析.ppt
《阶电路和二阶电路的时域分析.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《阶电路和二阶电路的时域分析.ppt(92页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第七章第七章 一阶电路和二阶电路的时域分析一阶电路和二阶电路的时域分析 71 动态电路的议程及其初始条件动态电路的议程及其初始条件 72 一阶电路的零输入响应一阶电路的零输入响应 73 一阶电路的零状态响应一阶电路的零状态响应 74 一阶电路的全响应一阶电路的全响应 75 二阶电路的零输入响应二阶电路的零输入响应 76 二阶电路的零状态响应和全响应二阶电路的零状态响应和全响应 77 一阶电路和二阶电路的阶跃响应一阶电路和二阶电路的阶跃响应 78 一阶电路和二阶电路的冲激响应一阶电路和二阶电路的冲激响应*79 卷积积分卷积积分*710 状态方程状态方程*711 动态电路时域分析中的几个问题动态电
2、路时域分析中的几个问题5/9/20241编辑ppt第七章第七章 一阶电路和二阶电路的时域分析一阶电路和二阶电路的时域分析1.换路定则和电路初始值的求法;换路定则和电路初始值的求法;2.掌握掌握一阶电路的一阶电路的零输入响应、零状态响应、全响应零输入响应、零状态响应、全响应的概念和物理意义;的概念和物理意义;3.会计算和分析一阶动态电路会计算和分析一阶动态电路(重点是三要素法重点是三要素法);4.了解二阶电路零状态响应、零输入响应、全响应的了解二阶电路零状态响应、零输入响应、全响应的概念和物理意义;概念和物理意义;5.会分析简单的二阶电路;会分析简单的二阶电路;6.会计算一阶电路的阶跃响应、冲激
3、响应;会计算一阶电路的阶跃响应、冲激响应;7.会用系统法列写简单的状态方程。会用系统法列写简单的状态方程。内容提要与基本要求内容提要与基本要求5/9/20242编辑ppt重点(1)动态电路方程的建立和动态电路初始值的确定;动态电路方程的建立和动态电路初始值的确定;(2)一阶电路时间常数的概念与计算一阶电路时间常数的概念与计算;(3)一阶电路的零输入响应和零状态响应;一阶电路的零输入响应和零状态响应;(4)求解一阶电路的三要素法;求解一阶电路的三要素法;(5)暂态分量暂态分量(自由分量自由分量)和和(稳态分量稳态分量)强制分量概念;强制分量概念;(6)二阶电路的零输入、零状态和全响应的概念;二阶
4、电路的零输入、零状态和全响应的概念;(7)二阶电路的方程和特征根、过渡过程的过阻尼、欠二阶电路的方程和特征根、过渡过程的过阻尼、欠 阻尼及临界阻尼的概念及分析;阻尼及临界阻尼的概念及分析;(8)二阶电路的阶跃响应。二阶电路的阶跃响应。5/9/20243编辑ppt难点难点(1)应用基尔霍夫定律和电感、电容的元件特性建应用基尔霍夫定律和电感、电容的元件特性建立动态电路方程;立动态电路方程;(2)电路初始条件的概念和确定方法;电路初始条件的概念和确定方法;(3)二阶电路的过阻尼、欠阻尼及临界阻尼放电过二阶电路的过阻尼、欠阻尼及临界阻尼放电过程分析方法和基本物理概念。程分析方法和基本物理概念。与其它章
5、节的联系与其它章节的联系本章讨论的仍是线性电路,因此前面讨论的线性本章讨论的仍是线性电路,因此前面讨论的线性电路的分析方法和定理全部可以用于本章的分析电路的分析方法和定理全部可以用于本章的分析中。第中。第9章讨论的线性电路的正弦稳态响应就是章讨论的线性电路的正弦稳态响应就是动态电路在正弦激励下的稳态分量的求解。动态电路在正弦激励下的稳态分量的求解。5/9/20244编辑ppt7-1 7-1 动态电路的方程及其初始条件动态电路的方程及其初始条件SUS+-(t=0)+-uCRC+-uRi引引 言言 自然界事物的运动,在一定的条件下有一定的稳自然界事物的运动,在一定的条件下有一定的稳定状态。当条件发
6、生变化时,就要过渡到新的稳定状定状态。当条件发生变化时,就要过渡到新的稳定状态。从态。从一种稳定状态一种稳定状态转到转到另一种新稳定状态另一种新稳定状态时,往往时,往往不能跃变,而是需要一定时间,或者说需要一个过程,不能跃变,而是需要一定时间,或者说需要一个过程,在工程上称在工程上称过渡过程过渡过程。接通电源,接通电源,C 被充电,被充电,C 两两端的电压逐渐增长到稳态值端的电压逐渐增长到稳态值Us,即要经历一段时间。,即要经历一段时间。电路中的电路中的过渡过程虽然短暂,过渡过程虽然短暂,在实践中却很重要。在实践中却很重要。5/9/20245编辑ppt一、动态电路的基本概念一、动态电路的基本概
7、念含有动态元件含有动态元件(L、C)的电路称为的电路称为动态电路动态电路。描。描述述动态电路动态电路的方程是微分方程。的方程是微分方程。全部由全部由线性非时变线性非时变元件构成的元件构成的动态电路动态电路,其,其描描述方程是线性常系数微分方程述方程是线性常系数微分方程。只含一个动态元件只含一个动态元件(L或或C)的电路,的电路,其其描述方程描述方程是一阶线性常系数微分方程,称是一阶线性常系数微分方程,称一阶电路一阶电路。一阶电路有一阶电路有3种分析方法:种分析方法:1.经典法经典法 列写电路的微分方程,求解电流和电压。是一列写电路的微分方程,求解电流和电压。是一种在种在时时间间域域中进行的分析
8、方中进行的分析方法法。5/9/20246编辑ppt 2.典型电路分析法典型电路分析法 记住一些典型电路记住一些典型电路(RC串串联、联、RL串联、串联、RC并联、并联、RL并联等并联等)的分析结果,的分析结果,在分析非典型电路时可在分析非典型电路时可以设法套用。以设法套用。3.三要素法三要素法 只要知道一阶电路的只要知道一阶电路的三个要素,代入一个三个要素,代入一个公式就可以直接得到公式就可以直接得到结果,这是分析一阶结果,这是分析一阶电路的最有效方法。电路的最有效方法。任意任意NSuCC+-iS(t=0)SUS+-(t=0)+-uCRCi典型电路典型电路重点掌握重点掌握3,1、2 两种方法可
9、掌握其两种方法可掌握其中之一。中之一。5/9/20247编辑ppt二、换路及换路定则二、换路及换路定则1.换路换路 电路结构或元件参数的改变电路结构或元件参数的改变称为称为换路换路。换路是在。换路是在t=0(或或 t=t0)时时刻进行的。刻进行的。含有动态元件的电路换路含有动态元件的电路换路时存在过渡过程,过渡过时存在过渡过程,过渡过程产生的原因是由于储能程产生的原因是由于储能元件元件L、C,在换路时能,在换路时能量发生变化,而能量的储量发生变化,而能量的储存和释放需要存和释放需要S24V+-(t=0)+LiL4W14W22W3W6H6W-uL12V+-i8W4Wt=0S纯电阻电路在换路时没有
10、过渡期。纯电阻电路在换路时没有过渡期。一定的时间来完成。一定的时间来完成。5/9/20248编辑ppt2.换路定则换路定则在换路前后:在换路前后:q(t)=q(t0)+tt0iC(x)dxq(0+)=q(0-)+0+0-iC(x)dx以以t=t0=0作为换路的计时起点:换路前最终时作为换路的计时起点:换路前最终时刻记为刻记为t=0-,换路后最初时刻记为,换路后最初时刻记为t=0+。线性电容线性电容C的电荷的电荷0-到到0+瞬间,瞬间,iC(t)为有限值时,积分为为有限值时,积分为0。q(0+)=q(0-)C上的上的电荷不能跃变电荷不能跃变!由由q(t)=C uC(t)可知,当换路前后可知,当换
11、路前后C不变时不变时uC(0+)=uC(0-)C两端的两端的电压也不能跃变电压也不能跃变!5/9/20249编辑ppt (0+)=(0-)L中的中的磁链不能跃变磁链不能跃变!由由 (t)=LiL(t)可知,当可知,当换路前后换路前后L不变时不变时 iL(0+)=iL(0-)L中的中的电流也不能跃变电流也不能跃变!同理可得:同理可得:q(0+)=q(0-)uC(0+)=uC(0-)换路定则表明换路定则表明(1)换路瞬间,若电容电流保持为有限值,则电容电换路瞬间,若电容电流保持为有限值,则电容电压(电荷)在换路前后保持不变,这是压(电荷)在换路前后保持不变,这是电荷守恒电荷守恒定律的体现。定律的体
12、现。(2)换路瞬间,若电感电压保持为有限值,则电感电换路瞬间,若电感电压保持为有限值,则电感电流(磁链)在换路前后保持不变。这是流(磁链)在换路前后保持不变。这是磁链守恒磁链守恒定律的体现。定律的体现。5/9/202410编辑ppt三、初始值的计算三、初始值的计算解:解:换路前的换路前的“旧电路旧电路”求图示电路在开关求图示电路在开关闭合瞬间各支路电闭合瞬间各支路电流和电感电压。流和电感电压。1.由换路前的由换路前的“旧电路旧电路”计算计算uC(0-)和和iL(0-)。iC(0-)=0,C视为开路。视为开路。uL(0-)=0,L视为短路。视为短路。iL(0-)=12AuC(0-)=24V=iL
13、(0+)=uC(0+)R1+-U0SR2iLiCCL+-uL+-uCR33W2W2W48ViR1+-U0SR2iLiCCL+-uL+-uCR33W2W2W48Vi由等效电路算出由等效电路算出5/9/202411编辑ppt2.画出画出t=0+等效电路:等效电路:电感用电流源替代,电电感用电流源替代,电容用电压源替代。容用电压源替代。iC(0+)=48-243=8AuL(0+)=48-212=24VR1+-U0SR2iLiC12A+-uL+-R33W2W2W48V24ViR1+-U0SR2iLiCCL+-uL+-uCR33W2W2W48ViiL(0-)=12A=iL(0+)uC(0-)=24V=u
14、C(0+)i(0+)=iL(0+)+iC(0+)=12+8=20At=0=0+时刻的时刻的等效电路等效电路5/9/202412编辑ppt7-2 一阶电路的一阶电路的零输入零输入响应响应零输入响应:零输入响应:在在电源激励为零电源激励为零的情况下,的情况下,由动态元件的初由动态元件的初始值始值(0)引起的响应。引起的响应。1.RC 电路电路 SR+-uC(t=0)i+-uRU0SR+-uC(t0+)i+-uRU0换路后的换路后的“新电路新电路”i=ducdt-C=Riducdt=-RC由由KVL得:得:ducdtRC+uC=0uR分析分析 RC 电路的零输入响应,电路的零输入响应,实际上是分析其
15、放电过程。实际上是分析其放电过程。一阶齐次微分方程一阶齐次微分方程5/9/202413编辑ppt =RC 称称RC电路的电路的时间常数时间常数。若若R取取W,C取取F,则,则 为为s。的大小,反映的大小,反映uC的变化快慢:的变化快慢:越大,越大,uC衰减越慢。衰减越慢。SR+-uC(t0+)i+-uRU0p=-RC1通解通解 uC=A e1RC-t由初始条件由初始条件 uC(0+)=uC(0-)=U0 得:得:uC=U0 e=U0 et-t1RC-t,t 0touC t2t3tU0t t的图解的图解ducdtRC+uC=0特征方程特征方程特征根RCp+1=05/9/202414编辑pptt=
16、0,uC=U0t=t,uC=U0 e-10.638U0在理论上,要经过无在理论上,要经过无限长时间,限长时间,uC才能才能衰减到衰减到0。在工程上,认为经过在工程上,认为经过3t 5t 时间,过渡时间,过渡过程即告结束。过程即告结束。touC t2t3tU00.368U00.05U0uC=U0 et-tt=3t,uC=U0 e-30.05U0t=5t,uC=U0 e-50.007U0uR=uC=U0 et-tSR+-uC(t0+)i+-uRU0,uRi=ducdt-C=RU0t-teWR=0i2(t)R dt=0RU022RC-tedt=21CU02C储存的能量全被储存的能量全被R 吸收,吸收
17、,并转换成热能消耗掉。并转换成热能消耗掉。RU0i5/9/202415编辑ppt例:试求例:试求t0时的时的i(t)。换路后,换路后,C 通过通过(R1/R2)放电,放电,Req=R1/R2=2。所以所以 =ReqC=2 s 引用典型电路结果:引用典型电路结果:uC(0-)=2+4+4104=4 V根据换路定则:根据换路定则:uC(0-)=uC(0+)=4 VR2+-uC4W4WC1Fit0SR1uC=uC(0+)et-t=4 e-0.5t Vi=-21RequC=-e-0.5t A解:解:(t0)(t0)2WSR2+-(t=0)+-uC4WR14WC1F12R10Vi5/9/202416编辑
18、ppt2.RL电路电路由由KVL uL+uR=0SR+-(t=0)R0L12uL+-iU0R(t0)LuL+-iS2+-uRdiLdt+Ri=0didtL+i=0Ri(0+)=i(0-)=R0U0i(t)=i(0+)e=R0U0t=RL为为RL电路的电路的时间常数。时间常数。t-tes=WHt-t得得 i(t)解之解之 代入初试条件代入初试条件 基本形式:基本形式:i(t)=I0 et-t(t 0)5/9/202417编辑ppt电阻电阻和和电感电感上的上的电压分别为:电压分别为:R(t0)LuL+-iS2+-uRRI0uRtoi,uR,uL iI0uL-RI0uR=Ri=R I0 euL=-u
19、R=-R I0 edidtL或者:uL=-R I0 ei(t)=I0 et-tt-tt-tt-t,(t 0),(t 0),(t 0)5/9/202418编辑ppt3.例题分析例题分析 P144 例例7-2试求:试求:t;i(0+)和和i(0-);i(t)和和uV(t);uV(0+)。VS+-RL+-URVuVi0.189W0.398H5kW35V某某300kW汽轮发电机汽轮发电机励磁回路的电路模型励磁回路的电路模型电压表的量程才电压表的量程才50V。t=R+RVL=0.189+51030.398=79.6(ms)i(0-)RU=0.18935=185.2 Ai(t)=185.2 e-12560
20、t AuV(t)=-RV i(t)=-926 e-12560t kVuV(0+)=926 kV!t0+实践中,要实践中,要切断切断 L 的电的电流,必须考流,必须考虑磁场能量虑磁场能量的释放问题的释放问题解:=i(0+)5/9/202419编辑ppt7-3 一阶电路的一阶电路的零状态零状态响应响应零状态响应:零状态响应:在动态元件在动态元件初值为初值为 0 的状态下,外施的状态下,外施激励引起的响应。激励引起的响应。1.RC电路电路 由由KVL:uR+uC=USSUS+-(t=0)+-uCRC+-uRiuR=Riducdt=RCducdtRC+uC=US常系数非齐次线性方程常系数非齐次线性方程
21、对应的齐次方程:对应的齐次方程:其解为:其解为:uC=uC+uC 通解:通解:uC=A e1RC-t特解:特解:uC =US 所以:所以:uC=US+A educdtRC+uC=01RC-t5/9/202420编辑ppt代入初值:代入初值:uC(0+)=uC(0-)=0求得:求得:A=-US所以零状态响应为所以零状态响应为uC=US(1-e ),t-tuC稳态分量稳态分量uC瞬态分量瞬态分量ducdt i=C=RUSet-tiSUS+-(t0+)+-uCRC+-uRiducdtRC+uC=USuC=US+A e1RC-tt=RCuC=uC+uCUStouC ,iRUS-USuC=US-US e
22、 t-t5/9/202421编辑ppt电源电源提供的提供的能量:能量:电阻电阻吸收的吸收的能量:能量:W=0US i(t)dt=CUS2WR=0i2(t)R dt=21CUS2t=RCducdtRC+uC=USuC=US+A e1RC-tducdt i=C=RUSet-tSUS+-(t0+)+-uCRC+-uRi结果表明:电源提结果表明:电源提供的能量只有一半供的能量只有一半转换为电场能量存转换为电场能量存储于储于C 中,另一半中,另一半在充电过程中被在充电过程中被 R 消耗掉。不论消耗掉。不论RC的的值是多少,充电效值是多少,充电效率总是率总是50%。5/9/202422编辑ppt2.RL电
23、路的零状态响应电路的零状态响应(1)激励是恒定直流激励是恒定直流换路前:换路前:iL(0+)=iL(0-)=0 换路后:换路后:iR+iL=ISSRL+-ISuLt=0iRiL(t0+)iR=uLR=LRdiLdtLRdiLdt+iL=ISLRt=解得:解得:iL=IS(1-e )t-t代入代入式中:式中:5/9/202423编辑ppt(2)激励是正弦电压激励是正弦电压设设 us=Umcos(wt+yu)则 LdiLdt+RiL=Umcos(wt+yu)通解:通解:iL=A et-t特解的形式:特解的形式:iL=Imcos(wt+q)把把 iL 代入微分方程:代入微分方程:Im、q q 为待定
24、系数。为待定系数。RImcos(wt+q)-wLImsin(wt+q)=Umcos(wt+yu)Im|Z|cos(wt+q+j)=Umcos(wt+yu)式中式中R2|Z|=+(wL)2tgj=RwLLRt=t0+us+-+-uLRLi+-uR5/9/202424编辑ppt比较得:比较得:q=yu-j,|Z|Um特解:特解:iL=Imcos(w wt+q q)=cos(w wt+y yu-j j)上述常系数非齐次线性微分方程的全解为:上述常系数非齐次线性微分方程的全解为:|Z|UmiL=cos(wt+yu-j)+A e-tt由由iL(0+)=iL(0-)=0定出定出:A=-|Z|Umcos(y
25、u-j)|Z|UmiL=cos(wt+yu-j)-cos(yu-j)eIm=Um|Z|Im|Z|cos(wt+q+j)=Umcos(wt+yu)式中式中R2|Z|=+(wL)2tgj=RwL|Z|Um-tt5/9/202425编辑ppt讨论讨论(1)若若 S闭合时闭合时yu-j=90o,toi i=i稳态分量稳态分量iL是与外施是与外施激励激励同频率同频率的正弦量的正弦量暂态分量暂态分量iL随时随时间的增长衰减为零。间的增长衰减为零。(2)若若S闭合时闭合时y yu=j j,则:,则:iL=|Z|Umcoswt e-tt|Z|Um-|Z|UmiL=cos(wt+yu-j)-cos(yu-j)e
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 电路 时域 分析
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【天****】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【天****】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。