[理学]电路分析基础课件.ppt
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- 理学 电路 分析 基础 课件
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1、Chapter 6 Capacitor and Inductor 第六章第六章 电容元件与电感元件电容元件与电感元件1、理解电容和、理解电容和电感电感的定义和伏安关系;的定义和伏安关系;2、理解电容电压的连续性和记忆性;、理解电容电压的连续性和记忆性;理解电感电流的连续性和记忆性;理解电感电流的连续性和记忆性;3、了解电容和、了解电容和电感电感的储能。的储能。一、一、电容的定义、单位和符号;电容的定义、单位和符号;二、电容的伏安关系;二、电容的伏安关系;三、电容电压的连续性和记忆性;三、电容电压的连续性和记忆性;四、电容嚣的储能。四、电容嚣的储能。重点重点:二、三。二、三。难点难点:(公式公式
2、)的应用。的应用。6-5-6-8 一、电感的定义、单位和符号;一、电感的定义、单位和符号;二、电感的伏安关系;二、电感的伏安关系;三、电感电压的连续性和记忆性;三、电感电压的连续性和记忆性;四、电感嚣的储能。四、电感嚣的储能。重点重点:二、三。二、三。难点难点:(公式公式)的应用。的应用。6-1-6-4为动态电路的分析奠定基础。第六章第六章 电容元件与电感元件电容元件与电感元件电阻元件电阻元件 电阻元件电阻元件是由是由电阻器理想化而来,其伏安特性满足欧姆定律的电阻电阻器理想化而来,其伏安特性满足欧姆定律的电阻元件元件称为线性称为线性电阻元件电阻元件。Rabi+u -关联参考方向关联参考方向iR
3、u 电阻元件电阻元件一般定义:一般定义:如果在如果在任一时刻任一时刻的电压的电压u(t)和电流和电流i(t)之间存在代数关系,之间存在代数关系,亦即这一关系可以由亦即这一关系可以由u-i平面(或平面(或i-u平面)上一条曲线所决平面)上一条曲线所决定,不论电压和电流的波形如何,则此二端元件就称为定,不论电压和电流的波形如何,则此二端元件就称为电阻电阻元件,元件,凡电阻元件均是无记忆的凡电阻元件均是无记忆的。或。或称为称为即时的即时的。凡满足凡满足u=R(t)i 的二端元件就称为线性的二端元件就称为线性电阻元件。电阻元件。凡满足凡满足R=常数的二端元件就称为线性常数的二端元件就称为线性非时变非时
4、变电阻元件。电阻元件。复习复习第六章第六章 电容元件与电感元件电容元件与电感元件一、一、电容元件电容元件(Capacitor)电容器电容器电容器的主要电磁性质电容器的主要电磁性质引线引线引线引线绝缘介质绝缘介质金属片金属片电路符号电路符号第六章第六章 电容元件与电感元件电容元件与电感元件C一、一、电容元件电容元件(Capacitor)电容元件符号电容元件符号电容器是一种能电容器是一种能存储电荷存储电荷的器件。的器件。为实际电容器的理想化模型。为实际电容器的理想化模型。即只具有存即只具有存储电荷从而在电容器中建立电场的作用,而没储电荷从而在电容器中建立电场的作用,而没有其它作用,有其它作用,不考
5、虑不考虑介质的损耗介质的损耗等因素等因素。电容器电容器_q+q 在外电源作用下,在外电源作用下,两极板上分别带上等量异号电荷,撤去两极板上分别带上等量异号电荷,撤去电源,板上电荷仍可长久地集聚下去。电源,板上电荷仍可长久地集聚下去。由极板间的电荷建立的电场储藏着能量,因此,也可以说电容器电容器是一种能是一种能储存电场能量储存电场能量的器件的器件。电容元件电容元件第六章第六章 电容元件与电感元件电容元件与电感元件一、一、电容元件电容元件(Capacitor)电容器是一种能电容器是一种能存储电荷存储电荷的器件。电容元件为实际电容器的理想化模型。的器件。电容元件为实际电容器的理想化模型。1.定义定义
6、abi(t)+u(t)-q(t)一个二端元件,如果在一个二端元件,如果在任一时刻任一时刻t,它它的端电压的端电压u(t)和和它它的电荷的电荷q(t)之间存在代数关系,亦即这一关系可以由之间存在代数关系,亦即这一关系可以由u-q平面平面(或(或q-u平面)上一条曲线所决定,不论电压和电荷的波形平面)上一条曲线所决定,不论电压和电荷的波形如何,则此二端元件就称为如何,则此二端元件就称为电容元件电容元件。0u(t)q(t)0u(t)q(t)线性非时变电容元件线性非时变电容元件0),(quf库伏库伏特性特性第六章第六章 电容元件与电感元件电容元件与电感元件abi(t)+u(t)-q(t)()(tCut
7、q凡满足凡满足q=C(t)u(t)的二端元件就称为的二端元件就称为线性线性电容元件电容元件。凡满足凡满足C=常数的二端元件就称为常数的二端元件就称为线性非时变线性非时变电容元件电容元件。1.定义定义 一个二端元件,如果在一个二端元件,如果在任一时刻任一时刻t,它它的端电压的端电压u(t)和和它它的电荷的电荷q(t)之间存在代数关系,亦即这一关系可以由之间存在代数关系,亦即这一关系可以由u-q平面平面(或(或q-u平面)上一条曲线所决定,不论电压和电荷的波形平面)上一条曲线所决定,不论电压和电荷的波形如何,则此二端元件就称为如何,则此二端元件就称为电容元件电容元件。一、一、电容元件电容元件(Ca
8、pacitor)第六章第六章 电容元件与电感元件电容元件与电感元件C 称为电容器的电容称为电容器的电容电容电容 C 的单位:的单位:F(法法)(Farad,法拉,法拉)F=C/V=As/V=s/常用常用 F,nF,pF等表示。等表示。abi(t)+u(t)-q(t)1.定义定义一、一、电容元件电容元件(Capacitor)第六章第六章 电容元件与电感元件电容元件与电感元件2.电容的伏安特性(电容的伏安特性(VAR)abi(t)+u(t)-q(t)dtdqti)()()(tCutqdtduCdtdCuti)(1)在任一时刻电容的电流取决于该时刻的电容电压的变化在任一时刻电容的电流取决于该时刻的电
9、容电压的变化率率,与与 u 的大小无关的大小无关,电容是电容是动态元件动态元件。(2)当当 u 为常数为常数(直流直流)时,时,i=0。电容相当于开路,。电容相当于开路,电容有电容有隔直流隔直流的作用的作用。(3)实际电路中通过电容的电流实际电路中通过电容的电流 i为有限值,则电容电压为有限值,则电容电压u必定是时间的连续函数必定是时间的连续函数.第六章第六章 电容元件与电感元件电容元件与电感元件tdiCtu )(1)(在某一时刻电容电压的数值不取决于该时刻的电流在某一时刻电容电压的数值不取决于该时刻的电流值,而是取决于从值,而是取决于从-到到t 所有时刻的电流值,即与电流全所有时刻的电流值,
10、即与电流全部过去历史有关。部过去历史有关。电容电容元件元件是有记忆的是有记忆的元件,称为元件,称为动态元件动态元件。dtduCdtdCuti)(2.电容的伏安特性(电容的伏安特性(VAR)第六章第六章 电容元件与电感元件电容元件与电感元件电容充放电形成电流:电容充放电形成电流:(1)u0,du/dt0,则,则i0,q ,正向充电,正向充电(电流流向正极板电流流向正极板);(2)u0,du/dt0,则,则i0,q ,正向放电,正向放电(电流由正极板流出电流由正极板流出);(3)u0,du/dt0,则,则i0,q,反向充电,反向充电(电流流向负极板电流流向负极板);(4)u0,则,则i0,q ,反
11、向放电,反向放电(电流由负极板流出电流由负极板流出);dtduCti)(Ciu+因为在电容器两极板之间的介质绝缘,因而电容两端的电压不能使电荷穿过这个绝缘体。第六章第六章 电容元件与电感元件电容元件与电感元件(1)i的大小取决的大小取决于于u 的变化率,与的变化率,与 u 的大小无关;的大小无关;(微分形式微分形式)(3)电容元件是一种记忆元件;电容元件是一种记忆元件;(积分形式积分形式)(2)当当 u 为常数为常数(直流直流)时,时,du/dt=0 i=0。电容在直流。电容在直流电路中相当于开路,电容有隔直作用;电路中相当于开路,电容有隔直作用;(4)表达式前的正、负号与表达式前的正、负号与
12、u,i 的参考方向有关。的参考方向有关。当当 u,i为关联方向时,为关联方向时,dtduCti)(dtduCti )(u,i为非关联方向时,为非关联方向时,第六章第六章 电容元件与电感元件电容元件与电感元件例例6-1 电容与电容与电压源相接如图所示。电压源相接如图所示。电压源电压随时间电压源电压随时间按三角波方式变化如图,求电容电流。按三角波方式变化如图,求电容电流。i(t)+-u(t)1F msttmsttmstttu25.175.0,)10(10475.025.0,10420025.00,104)(35550.251.50.751ot(ms)u(V)1001.250.5-100dtduCt
13、i)(mstmstmstti25.175.0,4.075.025.0,4.025.00,4.0)(第六章第六章 电容元件与电感元件电容元件与电感元件0.251.50.751ot(ms)i(A)0.41.250.5-0.4 mstmstmstti25.175.0,4.075.025.0,4.025.00,4.0)(0.251.50.751ot(ms)u(V)1001.250.5-100第六章第六章 电容元件与电感元件电容元件与电感元件例例6-2 设电流源电流波形如图所示,施加于设电流源电流波形如图所示,施加于1F电容上。电容上。设电容设电容u(0)=0V,试求,试求u(t),并绘出波形图。,并绘
14、出波形图。24680t(ms)i(mA)10-5i(t)+-u(t)1F24680t(ms)u(V)20000)(1)()(1)(ttdiCtudiCtuttt msttmsttmstmstttu8,0,084,)4(52042,2020,10)(第六章第六章 电容元件与电感元件电容元件与电感元件3.电容电压的连续性和记忆性电容电压的连续性和记忆性电容的伏安特性(电容的伏安特性(VAR)dtduCdtdCuti)(000)(1)()(1)(ttdiCtudiCtuttt 电容电压的性质:电容电压的性质:连续性连续性-若电容电流为有界,则若电容电流为有界,则)()(tutucc电容电压不能跃变。
15、电容电压不能跃变。记忆性记忆性在某一时刻电容电压的数值在某一时刻电容电压的数值 取决于从取决于从 到到 所有时刻的电流值,即与电流全部过去历史有关。所有时刻的电流值,即与电流全部过去历史有关。称为称为初始电压初始电压。它反映电容初始时刻的储能状况,也称它反映电容初始时刻的储能状况,也称为为初始状态初始状态。)(0tuc0t)(0tuc第六章第六章 电容元件与电感元件电容元件与电感元件+-)(tu)(tiCUtu)(0+-)(tu)(tiCUtu)(0+-)(1tu+-)()()()(1)()(1)(110000tuUtututtdiCtudiCtuttt 第六章第六章 电容元件与电感元件电容元
16、件与电感元件例例6-3 如图(如图(a)所示电路可用来计算脉冲的数目,若作)所示电路可用来计算脉冲的数目,若作用于电路的脉冲如图(用于电路的脉冲如图(c)所示,脉冲宽度为)所示,脉冲宽度为1s,脉冲幅脉冲幅度为度为0.05V,当输出电压为,当输出电压为9.9V时时,作用过的脉冲数目是多作用过的脉冲数目是多少少?绘出绘出u(t)波形图。波形图。(P16P17)+-us(t)1Fi(t)+-us(t)0.99iABF 1(a)3 411 12ous(V)0.056 7)(st.(b)(c)+u-50第六章第六章 电容元件与电感元件电容元件与电感元件4.电容的储能电容的储能)()()(titutp电
17、容的瞬时功率(吸收):电容的瞬时功率(吸收):)()(21)()()()(),(1222)(212)1(212121tutuCuduCddduCudiudpttwtutttttttctu dtdwp 而而电容在电容在t1到到t2区间吸收的能量:区间吸收的能量:电容在电容在 t1时刻的贮能时刻的贮能:电容在电容在 t2时刻的贮能时刻的贮能:abi(t)+u(t)-q(t)C)(21)()(1211tCudptwtc )(21)()(2222tCudptwtc 第六章第六章 电容元件与电感元件电容元件与电感元件)(21)(222tCutwc)(21)(121tCutwc )()(21),(1222
18、21tutuCttwc 电容在电容在 t1到到 t2区间吸收的能量:区间吸收的能量:)()(),(1221twtwttwccc 电容是无源元件,它本身不消耗能量。电容是无源元件,它本身不消耗能量。电容在电容在 t1时刻的贮能时刻的贮能:电容在电容在 t2时刻的贮能时刻的贮能:第六章第六章 电容元件与电感元件电容元件与电感元件以以例例6-1为例分析电容的功率和为例分析电容的功率和贮能。贮能。电压源电压随时间按三角波方式变化,电容电流如图电压源电压随时间按三角波方式变化,电容电流如图所示所示。i(t)+-u(t)1F msttmsttmstttu25.175.0,)10(10475.025.0,1
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