电路分析基础全册完整教学课件3.ppt
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1、电路分析基础全册完整教学课件电路分析基础全册完整教学课件3 绪绪 论论 1.电路理论电路理论 2.课程地位和任务课程地位和任务 3.课程的结构体系课程的结构体系 电电 路路 分分 析析 基基 础础 电路分析电路分析 电路综合电路综合 0 0t (t) eUeUu t 1 0 t RC 1 0c , 00 )( t0.368UeUeU u , 1 0 c 00 )(2 2t0.135UeUu 2 c , , 00 00 00 )(5 5t )(4 4t )(3 3t 0.007UeUu 0.018UeUu 0.05UeUu 5 c 4 c 3 c , , , , , , RL电路的零输入响应电路
2、的零输入响应 LR L LRL iRu dt di Lu uu,0 0L L L Ii Ri dt di L (0) 0t0, R L eIeIi t 1 0 R L t 0L 0t(t), 0t(t) 0t(t) eRIuu eRI dt di Lu t 1 0LR t 1 0 L L , , R L 电 路 的 零 输 入 响 应 iL(0)=I0 t=0 iL(t) RC、RL电路零输入小结:电路零输入小结: 电路的所有响应都是由动态元件的初始储能作用电路的所有响应都是由动态元件的初始储能作用 的结果,储能耗尽以后,各响应也衰减为零。的结果,储能耗尽以后,各响应也衰减为零。 RC、RL电
3、路的零输入响应均按指数规律衰减,电路的零输入响应均按指数规律衰减, 衰减的速度由电路的时间常数衰减的速度由电路的时间常数来决定。来决定。越大,越大, 衰减的越慢衰减的越慢,暂态过程越长。暂态过程越长。 同一电路所有响应的时间常数同一电路所有响应的时间常数相同。其公式中相同。其公式中 的的R值为电容或电感以外的戴维南等效电阻。值为电容或电感以外的戴维南等效电阻。 0 0 R L RL CRRC : :电路电路 : :电路电路 6-2 零状态响应零状态响应 Zero state response 一、一、RC电路的零状态响应电路的零状态响应 二、二、RL电路的零状态响应电路的零状态响应 SSC R
4、IK , RIKeu0(0) 0 一、一、RC电路的零状态响应电路的零状态响应 R u i dt du Ci Ii ,iii C R C CSSSRC , 0(0) 0t C S CC u I R u dt du C, cpchc uuu RIKe S t RC 1 , , Keu t RC 1 ch uc(0)=0 t=0 Qucp S RI RC e1RIu t 1 SC 0t)(t), dt du Ci C C 二、二、RL电路的零状态响应电路的零状态响应 LR L LSRL iRu dt di Lu Uuu, 0(0) 0t L SL L i UiR dt di L, 0t)(t) R
5、 L e1 R U i t 1 S L , R R L L 电电 路路 的的 零零 状状 态态 响响 应应 t=0 0(0) L i L dt di Lu L L 在零状态响应中在零状态响应中uC (t)和和iL(t)均按指数规律均按指数规律 由零值开始向稳态值逐渐增长的。由零值开始向稳态值逐渐增长的。 暂态过程延续的时间由时间常数暂态过程延续的时间由时间常数 来决定。来决定。 零零 状状 态态 响响 应应 的的 特特 点点 : R L e1 R U i RC e1RIu t 1 S L t 1 SC , , 0t)(t) 0t )(t) 零状态响应的特点:零状态响应的特点: 6-3 线性动态
6、电路的叠加定理线性动态电路的叠加定理 The superposition theorem of Linear Dynamic Circuit 一、一阶电路的完全响应一、一阶电路的完全响应 二、线性动态电路的叠加定理二、线性动态电路的叠加定理 0C S CC Uu I R u dt du C (0) )(t) t RC 1 S t RC 1 0C e1RIeUu 零输入响应零输入响应 零状态响应零状态响应 S t RC 1 S0C RIeRIUu )(t) 0S 0 C S t RC 1 C URIKeu RIKeu (0) (t) S0 RIUK 一阶电路的完全响应一阶电路的完全响应 例例6-
7、3-1 t0 时时RC并联电路如图所示,在电流源并联电路如图所示,在电流源iS(t)的作用下,的作用下, 若若R=1,C=1F,试求响应,试求响应uc(t), t0。若。若(1)iS(t) =2A, uc(0)=1V;(2) iS(t) =3A, uc(0)=1V,(3)iS(t) =5A, uc(0)=1V; 核对所求结果是否为核对所求结果是否为(1)、(2)结果之和。结果之和。 解解: 0tV 0t V (0) 0t)V()( (1) t C1C1C1 tt CC1 tt C1 e2uuu eeuu e12e1u 应应 相相 全全 完完 零输入响应:零输入响应: 零状态响应零状态响应 :
8、: 稳稳 例 6 - 3 - 1 0tV 0t V 0t )V ( (2) t C2C2C2 t C2 t C2 2e3uuu eu e13u 应应 相相 全全 完完 零输入响应:零输入响应: 零状态响应零状态响应 : : 0t V 0t V 0tV (3) t C3C3C3 t C3 t C3 4e5uuu eu e15u : :应应 相相 全全 完完 响应响应零零 )(零状态响应零状态响应 : : 输入输入 C3 t C2C1 u3e5uu V 1sRC 结论:非零初始状态的动态元件的全响应不满足叠加定理结论:非零初始状态的动态元件的全响应不满足叠加定理 6-4 三要素法三要素法 Thre
9、e Basic Elements Rule 一、初始值的计算一、初始值的计算 二、稳态值的计算二、稳态值的计算 三、三要素法三、三要素法 初始值的计算初始值的计算 1.首先求首先求独立初始值独立初始值uC(0+)或或iL(0+): 根据换路定理由换路前瞬间的根据换路定理由换路前瞬间的uC(0-)或或iL(0-) 来确定;来确定; 无储能无储能: uC(0-)=0,iL(0-)=0; uC(0+)=0,iL(0+)=0; 稳稳 态:态:C-开路开路; L-短路短路; uC(0+)=U0,iL(0+)=I0; 2.画画t=0+时的置换电路,此时电容可用大小和方向时的置换电路,此时电容可用大小和方向
10、 同同uC(0+)的电压源替代的电压源替代 , 电感可用大小和方向同电感可用大小和方向同iL(0+)的的 电流源替代电流源替代; 注:注:换路前换路前无储能,无储能, C-短路短路; L-开路开路; 3.在在t=0+时的置换电路上运用电阻电路分析方法计时的置换电路上运用电阻电路分析方法计 算其它所求响应的初始值。算其它所求响应的初始值。 uC(0-)=0 iL(0-)=0 初始值初始值 S t 1 S0C RIeRIUu )(t) R U e R U Ii S t S 0L )(t) 初始值初始值 稳态值稳态值 稳态值稳态值 uC(0)=U0 t=0 t=0 iL(0)=I0 三、三要素法三、
11、三要素法 三要素法分析电路的基本步骤:三要素法分析电路的基本步骤: (1)确定电压、电流初始值)确定电压、电流初始值 y(0+) 关键:利用换路定律,正确画出关键:利用换路定律,正确画出t=0+时的置换电路。时的置换电路。 换换 路路 前前 稳稳 态:电容态:电容 电压源,电感电压源,电感 电流源;电流源; 换路前换路前无储能:电容无储能:电容 短路,电感短路,电感 开路。开路。 (2)确定换路后电路达到稳态时的)确定换路后电路达到稳态时的 y( ) 。 关键:电路达稳态时,电容关键:电路达稳态时,电容 开路,电感开路,电感 短路。短路。 (3)确定时间常数)确定时间常数 值。值。 关键:求关
12、键:求R0值。而值。而R0的含义是动态元件两端以外令其的含义是动态元件两端以外令其 独立源置零时的等效电阻独立源置零时的等效电阻(即除源电阻即除源电阻),具体方法与,具体方法与 戴维南定理和诺顿定理中求等效电阻的方法一样。戴维南定理和诺顿定理中求等效电阻的方法一样。 (4)代入通式)代入通式 )()()(0(t) yeyyy t 6-5 阶跃响应阶跃响应 冲激响应冲激响应 The step response 3.阶跃函数的作用阶跃函数的作用; 二、阶跃响应;二、阶跃响应; 三、冲激响应(自学)三、冲激响应(自学) 阶跃函数作用阶跃函数作用: 1.阶跃函数可以用来表示电路中接通或断开直流电源的开
13、关动作。阶跃函数可以用来表示电路中接通或断开直流电源的开关动作。 2.阶跃函数可以用来表示分段常量信号。阶跃函数可以用来表示分段常量信号。 )()()()()(t) 0000 4tt23tt22tt2tt2tf 3.阶跃函数可以用来表示任意函数阶跃函数可以用来表示任意函数f(t)作用的区间。作用的区间。 )(t) 0 ttf 0 tt0 f(t) tt0 f(t) 0 t )(t) 0 ttf 0 t t0 t0 )()()()( )()()()( (t)(t)(t) (t)(t)(t) 0 t - t 00 0 t - t 00 t t tte1AttAsttA tte1ttstt e1AA
14、sA e1s 0 0 零状态响应零状态响应激励激励 零状态响应零状态响应激励激励 零状态响应零状态响应激励激励 零状态响应零状态响应激励激励 二、阶跃响应二、阶跃响应 单位阶跃响应:单位阶跃响应: 电路在单位阶跃函数电路在单位阶跃函数激励下产生激励下产生的零状态响应的零状态响应 称为单位阶跃响应。用符号称为单位阶跃响应。用符号s(t)表示。表示。 在线性时不变动态电路中,零状态响应与激励在线性时不变动态电路中,零状态响应与激励 之间有以下基本对应关系:之间有以下基本对应关系: (t)(t)e1s t 重要结论:重要结论: 对于一个线性时不变电路,如设激励为对于一个线性时不变电路,如设激励为x时
15、的时的 响应为响应为y,则当所加激励换为,则当所加激励换为x的导数或积分时,的导数或积分时, 所得响应必相应地为所得响应必相应地为y的导数或积分。的导数或积分。 冲激函数是阶跃函数的一阶导数,因此冲激冲激函数是阶跃函数的一阶导数,因此冲激 响应可以按阶跃响应的一阶导数求得。响应可以按阶跃响应的一阶导数求得。 dt ds h dt d (t) (t) (t) (t) 三、冲激响应三、冲激响应(自学自学) 6-6 瞬态和稳态瞬态和稳态 Transient state 画出画出t=0+时的等效电路时的等效电路: 换路前稳态:电容换路前稳态:电容 电压源电压源= uC(0+) ,电感电感 电流源电流源
16、 =iL(0+); 换路前换路前无储能:电容无储能:电容 短路,电感短路,电感 开路。开路。 (2)电压、电流初的稳态值)电压、电流初的稳态值 y( ) 。 电路达到稳态时:电容电路达到稳态时:电容 开路,电感开路,电感 短路。短路。 (3)时间常数)时间常数 值;值; 关键求关键求R0值。而值。而R0的含义是动态元件两端以外令其独立源的含义是动态元件两端以外令其独立源 置零时的等效电阻,具体方法与戴维南定理和诺顿定理中求等置零时的等效电阻,具体方法与戴维南定理和诺顿定理中求等 效电阻的方法一样。效电阻的方法一样。 (4)代入公式)代入公式 完全响应完全响应 = (大大 - 小小) + + 小
17、小 t e Rd( ,根号内大于零根号内大于零), 特征根为不相等的负实数,电路的响应为非振荡性质。特征根为不相等的负实数,电路的响应为非振荡性质。 解答形式:解答形式: 2.临界阻尼情况临界阻尼情况 , 即即: R =Rd,(根号内等于零根号内等于零), 特征根为相等的负实数,电路的响应为非振荡性质。特征根为相等的负实数,电路的响应为非振荡性质。 解答形式:解答形式: 3.欠阻尼情况欠阻尼情况 , 即即: R Rd,(根号内小于零根号内小于零),特,特 征根为一对共轭复数,电路的响应为衰减振荡性质。征根为一对共轭复数,电路的响应为衰减振荡性质。 解答形式:解答形式: 4.无阻尼情况无阻尼情况
18、 , 即即: R =0,特征根为虚根,电路,特征根为虚根,电路 的响应为等幅振荡性质。的响应为等幅振荡性质。 解答形式:解答形式: 例 7 - 3 - 3 st 21C etKKu)(t) ts 2 ts 1C 21 eKeKu(t) )()(t)tsinKtcosKeu d2d1 t C )()(t) 00 tsinKtcosKu 21C C L 2 C I C i dt du Uu uu dt du RC dt ud LC 0L t C 0C SC C 2 C 2 (0) (0) (t)(t) (t)(t) 0 , L U L u dt di Ii ii dt di GL dt id CL
19、 0C t L 0L SL L 2 L 2 (0) (0) (t)(t) (t)(t) 0 , RLC串联电路串联电路 GCL并联电路并联电路 LC 1 2L R 2L R s 2 1,2 L C 2Gd LC 1 2C G 2C G s 2 1,2 C L 2Rd 例 3 例题例题:电路如图所示电路如图所示,已知已知:us(t) = 12 (t),uc(0) = 1V, iL(0) = 2A,(1)列写关于列写关于uC的微分方程;的微分方程; (2)求求uC (t), 并写出并写出uC(t)的瞬态响应和稳态响应。的瞬态响应和稳态响应。 解:解: uu dt di 24i SC L L CpC
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