电路分析与电子电路基础第三四章复习(北邮)ppt课件.ppt

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1、北京邮电大学电子工程学院 2013.3,退出,开始,电路与电子电路,第三四章复习,动态电路,动态元件动态电路记忆性换路（电路工作状态的改变）过渡过程,X,电容储存电场能量,关联参考方向下：,X,动态特性：某一时刻，电容的电流与该时刻电容电压的变化率成正比。,连续特性：在有界电流条件下，电容电压保持连续性。,记忆特性：某一时刻t的电容电压值，不仅取决于t时刻的电流值，还与-到t时刻的所有电流作用有关。,储能特性：电容在某一时刻的储能，只取决于该时刻的电容和电压值：,电感储存磁场能量,关联参考方向下：,X,动态特性：某一时刻，电感的端电压与该时刻电感电流的变化率成正比。,连续特性：在有界电流条件下

2、，电感电流保持连续性。,记忆特性：某一时刻t的电感电流值，不仅取决于t时刻的电压值，还与-到t时刻的所有电压作用有关。,储能特性：电感在某一时刻的储能，只取决于该时刻的电感和电流值：,电容电感的串并联,X,电容的串联,电容的并联,电感的串联,电感的并联,换路定则：在电容电流和电感电压为有界值时，电容电压不能跃变，电感电流不能跃变，因此在换路前后瞬间的电容电压和电感电流满足：,X,换路定则,假设换路发生在t=0时刻,初始值：在换路的瞬间，电路中的某些电量会突然发生变化，而换路后这一瞬间这些电量的值称为初始值。,X,初始值,计算初始值的步骤：1、画出 等效电路，其中，在直流激励下的电容相当于开路，

3、电感相当于短路，并根据该电路计算初始状态 和 ；2、根据换路定则， ；3、画出 等效电路，其中电容用电压值为 的电压源代替，电感用电流值为 的电流源代替；4、根据 等效电路，用分析直流的方法计算电路中其他变量的初始值。,零状态响应 (z.s.r)：动态元件的初始储能为零时，仅由外加激励引起的响应（充电过程）。,零输入响应(z.i.r)：外加激励为零时，仅由动态元件的非零初始状态引起的响应（放电过程）。,全响应：动态元件处于非零初始状态时，电路在外加激励作用下的响应，是零输入响应与零状态响应之和。,X,稳态响应：电路达到新的稳定状态时一直存在的响应。,暂态响应：具有指数形式，随着时间增长逐渐趋于

4、零的响应。,响应的强制分量：形式由激励决定的那部分响应。,响应的自由分量：形式由电路结构和元件参数决定的那部分响应。,零输入响应,X,不仅适用于状态变量，也适用于非状态变量。,只适用于状态变量。,零状态响应,X,一阶电路的三要素法,在直流激励下，需要求一阶动态电路中任一支路的电压、电流时，只需知道待求量的初始值、稳态值和电路的时间常数三个量就能够求得该量的解，这种方法就成为三要素法。,暂态响应,稳态响应,不仅适用于状态变量，也适用于非状态变量。,对于状态变量,时间常数：,电压、电流衰减的快慢取决于时间常数的大小， 越大，衰减越慢，反之则越快。,X,时间常数,正弦信号的基本概念,正弦信号：随时间

5、按正弦规律变化的信号。,时域表示：,X,正弦信号的有效值,X,正弦电流信号 的有效值,正弦电压信号 的有效值,任一正弦信号的有效值总为其振幅的0.707倍。,常用电路变量符号表示,两个同频率的正弦量：,定义相位差 ：,二者同相,二者反相,正弦信号的相位差,二者正交,X,超前 相位,滞后 相位,正弦信号的相量表示,对应正弦信号 ，构造一个复值函数 。,X,某一频率下的电路，需要分析同频率的正弦量，此时只需关注幅度和相位的变化的变化。,正弦信号的振幅相量： ，通常写成如下形式：,正弦信号的有效值相量： ，通常写成如下形式：,相量形式的KCL：,X,相量形式的KVL：,电阻元件的复数欧姆定律（相量形

6、式）：,电容元件的复数欧姆定律（相量形式）：,电感元件的复数欧姆定律（相量形式）：,支路的阻抗： （单位：欧姆）,一个无源线性支路，在关联参考方向下：,串联阻抗：,并联导纳：,支路的导纳：（单位：西门子）,根据KCL、KVL、欧姆定律及电路元件VCR的相量形式，运用相量并引用阻抗和导纳，则正弦稳态电路的计算可以仿照电阻电路的处理方法进行。这种利用相量对正弦稳态电路进行分析的方法称为相量法。,相量分析方法,X,相量法解题步骤,(1) 写出已知正弦量的相量。,(2) 作出原电路的相量模型，求出电路中各相量间的关系。,(3) 根据所求得的相量，写出相应的正弦量。,X,相量分析方法,X,相量图法,相量

7、图法：先定性地画出相量图，然后根据图形特征解决问题的一种方法。,有时只需计算有效值和相位差，对这类问题，更适合于用相量图法求解。,(1)串联电路通常以电流作为参考相量，并联电路通常以电压作为参考相量，参考相量初相为零。,(2) 测量仪表的读数为有效值。,(3) 根据电路元件的VCR确定各相量间的相位关系。,(4) 根据实部、虚部的正负确定相量所在的象限，从 而确定相位角。,功率,X,瞬时功率，关联参考方向时：,平均功率:,单位：W（瓦特）,支路的平均功率实际上是描述电阻成分所消耗的功率。,无功功率：,单位：VAR（乏）,无功功率仅与支路中的等效电抗成分有关，反映了支路电抗成分与外电路交换能量的

8、最大速度。,视在功率：,单位：伏安(VA),电路的功率因数：,最大功率传输,X,固定,负载阻抗 可变。,负载获得最大功率的条件是：,此时获得的最大功率为：,传输函数与滤波,X,传输函数是复数，因此可以写成：,系统函数幅度值 与 间的关系：幅频响应特性；幅度值的大小随 的变化曲线：幅频特性曲线。,系统函数相位值 与 间的关系：相频响应特性；相位大小随 的变化曲线：相频特性曲线。,滤波电路的种类,X,谐振,X,含有电容、电感元件的二端网络，若端口的电压与电流同相时，电路呈纯电阻性，称电路发生了谐振。,谐振条件：,串联谐振频率,解：,X,3-1电路和电流源的波形如图所示，若电感无初始储能，试写出uL

9、(t)的表达式。,解：,X,3-2 电路和电流源的波形如图所示，若电容无初始储能，试写出uC(t)的表达式。,X,解：,画出开关闭合后的 等效电路：,由换路定则：,3-3 电路如图所示，t=0时开关S闭合，求初始值,时，开关闭合。,时开关未闭合，电感短路，电容开路： ，,X,解：,画出开关在b后的 等效电路：,由换路定则：,3-5 电路如图所示，t=0时开关S由a打向b，求初始值,时，开关由a打向b。,时开关在a，电感短路：,X,解：,画出开关闭合后的 等效电路：,由换路定则：,3-9电路如图所示，t0电路已处于稳态，t=0时开关S断开，求初始值,时，开关合上。 时开关断开，电感短路，电容开路

10、：,X,解：,由换路定则：,3-10电路如图所示，t0电路已处于稳态，t=0时合上开关，求初始值,时，开关合上。 时开关断开，电感短路，电容开路：,X,画出 等效电路。c为参考节点，a、b点节点电压为ua，ub,X,解：,3-11电路如图所示，求电路时间常数,求电路ab端的左侧电路的等效电阻，采用外加电源法。,X,解：,由换路定则：,3-12电路如图，t=0时开关闭合，开关闭合前 ，开关闭合后 ，求 ， 并求出 以后的 。,时，开关合上。 时开关断开，电感短路，电容开路：,X,开关闭合后电路分为两部分:,X,时电路没有外加激励，所以为零输入响应。,X,解：,由换路定则：,3-13 电路如图，t

11、=0时开关S关闭，求 以后电流 和电压 。,时，开关S闭合。 时，电感短路，有：,节点电压法：,求时间常数：,X,画出 时刻等效电路。由节点电压法：,X,解：,由换路定则：,3-14 电路如图，t=0时开关S关闭，求 以后的 。,时，开关S闭合。 时，电感短路，有：,节点电压法，参考节点，节点的节点电压分别为 ，节点电压方程为：,求时间常数：,X,画出 时刻等效电路。,X,解：,由换路定则：,3-15 电路如图，t=0时开关S从1打向2，求 以后电流的 的全响应、零状态响应和零输入响应。,时，开关S从1打到2。 时电感短路，有：,画出 时刻等效电路：,求时间常数：,X,t0时，零输入响应为：,

12、零状态响应为：,全响应为：,X,解：,由换路定则：,3-16电路如图，t=0时开关S从1打向2，求 以后电压 的全响应、零状态响应和零输入响应。,时，开关S从1打到2。 时电容开路，有：,画出 时刻等效电路：,求时间常数：,X,t0时，零输入响应为：,零状态响应为：,全响应为：,X,解：,由换路定则：,3-17电路如图，t=0时开关S从1打向2，求 以后电压 的全响应、零状态响应和零输入响应。,时，开关S从1打到2。 时电容开路，有：,画出 时刻等效电路：,求时间常数：,X,t0时，零输入响应为：,零状态响应为：,全响应为：,X,解：,由换路定则：,3-19 电路如图，t=0时开关S关闭，求

13、以后电流 的全响应、零状态响应和零输入响应。,时，开关S闭合。 时电感短路：,求时间常数：,X,画出 时刻等效电路：,t0时，零输入响应为：,零状态响应为：,全响应为：,X,解：,由换路定则：,3-21 电路如图，t=0时开关S关闭，求 以后电流 的全响应、零状态响应和零输入响应。,时，开关S闭合。 时电感短路：,画 时刻等效电路：,X,求时间常数：,画出 时刻等效电路：,t0时，全响应为：,X,求零输入响应：,时，开关S闭合。,画输入为零时的 时刻等效电路：,零状态响应为：,t0时，零输入响应为：,X,解：,电感电流：,3-26图示RL电路的零状态响应 ，求Us 、R、L及时间常数。,时，开

14、关S闭合。当电路再达稳态时，电感短路，有：,时间常数：,电感电压：,X,解：,3-27 如图，t0无初始储能，t=0开关闭合，求 。,时无初始储能。 开关S闭合，响应为零状态响应。当电路再达稳态时，电容开路电感短路，有：,时间常数：,4-1.写出下列正弦量的相量，列出有效值和初相位，分别画出各自的相量图。（1）,4-1.写出下列正弦量的相量，列出有效值和初相位，分别画出各自的相量图。（2）,4-1.写出下列正弦量的相量，列出有效值和初相位，分别画出各自的相量图。（3）,4-1.写出下列正弦量的相量，列出有效值和初相位，分别画出各自的相量图。（4）,4-6.试对题图4-2中各个电路的问题做出答案

15、（可借助于相量图），图中给出的电压、电流皆为有效值，待求的也是相应的有效值。,4-6.试对题图4-2中各个电路的问题做出答案（可借助于相量图），图中给出的电压、电流皆为有效值，待求的也是相应的有效值。,4-6.,4-6.试对题图4-2中各个电路的问题做出答案（可借助于相量图），图中给出的电压、电流皆为有效值，待求的也是相应的有效值。,4-7.电路如题图4-3所示，已知 ， ，求 与 的相位差角。,4-8.题图4-4所示电路处于正弦稳态中，请判断电压u与电流i的相位超前滞后关系。,4-9. 题图4-5所示电路，求单口网络的输入阻抗 。,4-10. 如题图4-6所示， ，求单口网络的输入阻抗 。,

16、解：,X,4-14正弦稳态电路如题图4-10（b）所示，图（b）电路的节点电压方程。,4-15 求如图所示的正弦稳态电路的戴维宁等效电路，已知 。,X,解：,求 。首先画出相量模型。,X,(2)求等效内阻:,解（续）,(3) 得到戴维宁等效电路的相量模型。,4-18.已知电路如题图4-14所示，求电流表A的读数。,4-19.正弦稳态电路如题图4-15所示， ， ，试求以 作为参考向量，使 超前 时的感抗 的值。,4-19.,4-20 题图4-16所示电路中，已知 ，求电流 以及电路吸收的功率。,X,解：,激励为cost：,激励为cost：,X,4-23求网络吸收的平均功率P，无功功率Q，视在功

17、率S。,X,解：,4-24 已知 ,试求电流i(t)、电源供出的有功功率P和无功功率Q。,X,解：,4-27 试求负载 为多大值能够获得最大功率，最大功率是多少？,X,解：,时获得最大功率，最大功率为：,4-28. 题图4-22所示电路中， ，若负载Z的实部和虚部均可调，求负载Z获得的最大功率。,解：,设c为参考节点，节点a和b的节点电压为 ，节点电压方程为：,时获得最大功率，最大功率为：,4-29 试求电路中输入电流和总功率因数。,X,解：,4-32 求所示电路的网络系统函数 。,X,解：,4-33 求电路的谐振角频率，设 。,X,解：,电路发生谐振，呈纯电阻性：,4-34已知 ，求该电路的谐振频率，谐振时的电流i(t)和电感电压uL(t) 。,X,解：,该电路的谐振频率为：,此时,