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电分糊涂日记之《一阶电路的时域分析》

时域分析一阶电路

  • 一、动态元件
    • 1. 电容元件
      • 1.电容概述
      • 2.电容元件VCR
    • 2. 电感元件
      • 1.电容概述
      • 2.电感元件VCR
    • 3. 电容与电感元件串并联
      • 1.电容元件串联等效
      • 2.电容元件并联等效
      • 3.电感元件串并联等效
  • 二、一级电路零输入响应分析
    • 1. 电路的初始值
      • 1. 独立初始值:电容电感的初始值
      • 2. 非独立初始值:电阻的初始值
    • 2. RC零输入电路响应
    • 3. RL零输入电路响应
  • 三、一阶电路零状态响应分析
    • 1. RC电路零状态响应
    • 2. RL零电路状态响应
  • 四、全响应
    • 1. 三要素法
  • 五、阶跃与冲击响应
    • 1. 阶跃响应
      • 1.阶跃函数
      • 2.阶跃响应
    • 2. 冲激响应
      • 1.一阶RC电路冲激响应
      • 2.一阶RL电路冲激响应
事实上,后面的各种响应都是由 衍生和推断电容和电感的伏安特性; 必须掌握动态元件

一、动态元件

1. 电容元件

1.电容概述

  • 在电路理论中 电容器 理想化模型。电容器由介质隔开的两个金属极板组成,它是一种能储存电荷的装置,电荷依靠电场力聚集在极板上,。电容元件常用于收音机接收器的调谐电路、计算机系统的动态存储单元等电路。

2.电容元件VCR

  • 电路元件常用于电路分析VCR描述元件的特性,并建立电路方程。以电容元件的电压和电流为参考方向,可以获得 【 电路图如下 在这里插入图片描述 第一种关系: 第二种关系: 这两种关系实际上是一种微积分关系,移动微积分可以推出。

  • 当电容电压和电流取相关参考方向时,电容的功率为 电路图: 功率: 能量计算是 p(t)时间积分时间点; t0 到 t 在此期间,电容电压由 uc(t0) 变为 uc(t),电容元件吸收的能量为 能量: 记住

  • 经典例题: 事实上,使用两个公式是两个公式

2. 电感元件

1.电容概述

  • 电感元件是实际电感器的理想模型,具有储存磁场能量的作用。电感器常用于供配电系统(如变压器、电机)和信号处理系统(如收音机、电视、雷达)等实际电路。

2.电感元件VCR

以电感元件电压和电流为关联参考方向,可获得 第一种关系: 第二种关系:

  • 当电感电压和电流取相关参考方向时,电感功率为 【题外话:功率都是 电流 * 电压;能量是功率的时间积分,很多都可以自己推的 】 能量计算: 记住
  • 经典例题: 计算过程:0.5 * 10 * (22 - 0) = 20 很简单的
  • 经典例题:

3. 电容与电感元件串并联

1.电容元件串联等效

等效电容: 推广结论

2.电容元件并联等效

等效电容: 推广结论

3.电感元件串并联等效

n个电感L1、L2、…串联时,其等效电感为

n个电感L1、L2、…并联时,其等效电感为

经典例题: 计算过程:

  • 1、 C = Q / U ; Q = C * U = 5 * 120 = 600

二、一阶电路的零输入响应分析

1. 电路的初始值

1. 独立初始值:电容电感的初始值

因为 电感、 电容是动态元件 ;。 总会有

来道题理解:

2. 非独立初始值:电阻的初始值

  • 除了电容电压和电感电流这两个独立变量,可以用换路定理求解初始值,,因此换路定理不再适用于该类非独立变量的初始值计算。
  • 一般来说,当独立初始值 u0+ 和 i0+ 求得之后,由于在 t = 0+ 时刻,电容电压和电感电流已知,根据替代定理 : 1) 2)

来道题理解::

2. RC电路零输入响应

若电路在t ≥ t0 时,外施激励为零,这种

当开关S在 t < 0 时连接到开关1,电路处于稳态,当t=0时,开关切换到 2。当 t≥0 时,电路没有外加激励作用,依靠电容的初始储能在电路中产生响应,故电路中的响应为零输入响应。 则零输入响应: 这个记住结论就行

经典例题:

3. RL电路零输入响应

开关S在 t<0 时接于1处,且电路已处于稳态,当t=0时,开关打向2处。当t>0时,。 则零输入响应: 通过以上分析可知:如果用 yzi(t) 表示零输入响应,其初始值为 yzi(0+),则阶电路的零输入响应可统一表示为: 经典例题:

三、一阶电路的零状态响应分析

1. RC电路零状态响应

图(a)所示为t<0时的电路结构,当电路达到稳态时,电容中没有储能,uc(0-)=0;t=0时,开关S由1打到2,t>0时的电路结构如图(b)所示,电路中的电流源开始给电容充电,即零状态电路。 零状态响应: 例题:

2. RL电路零状态响应

和RC零状态响应类似 结论: 经典例题:

四、全响应

  • 全响应:只有动态元件初始储能单独作用产生的响应是零输入响应,只有独立电源单独作用产生的响应是零状态响应。如果一阶动态电路中既有动态元件的初始储能,又有独立电源激励,那么它们共同作用下产生的响应称为全响应。
  • 计算方法:根据叠加定理,全响应=零输入响应+零状态响应

全响应:

1. 三要素法

  • 1.初始值y(0+)的求解 【使用
  • 2.稳态值y(∞)的求解 【当电路达到稳态,这时,
  • 3.时间常数 τ 的求解 【求解t>0时刻的电路去掉电容或电感后,成为一个单口网络,除去单口网络中的独立电源,从端口处求得。对于一阶RC电路: τ = R*C;对于一阶RL电路:τ = L / R】
  • 4.求解全响应

经典例题:

五、阶跃与冲击响应

1. 阶跃响应

1.阶跃函数

单位阶跃函数 ε(t) 的数学表达式为

2.阶跃响应

  • 电路的阶跃响应:,即相当于动态元件初始储能为零,单位直流电压源或电流源在t=0时刻作用于电路时的响应 对于一阶电路,其阶跃响应可用三要素法求解,即 例题:

例题:

2. 冲激响应

考虑一个宽度为 τ 且面积为1的矩形脉冲,如图4-7-5所示。保持面积不变,将 τ 的取值趋于无穷小。则单个矩形脉冲变成在 t=0 处持续时间无限小、幅度无限大、面积仍为1的特殊信号,这个广义函数被称为单位冲激函数。 一些变换 单位冲激函数的性质

1.一阶RC电路的冲激响应

计算公式 可以使用 来求解 iC(t) 【ε(t)的导数是 τ(t) 】

经典例题:

2.一阶RL电路的冲激响应

计算公式 可以使用 来计算 uL(t) 【ε(t)的导数是 τ(t) 】

经典例题:

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