时域分析一阶电路
- 一、动态元件
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- 1. 电容元件
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- 1.电容概述
- 2.电容元件VCR
- 2. 电感元件
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- 1.电容概述
- 2.电感元件VCR
- 3. 电容与电感元件串并联
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- 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
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- 1. 电路的初始值
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- 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
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- 1. RC电路零状态响应
- 2. RL零电路状态响应
- 四、全响应
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- 1. 三要素法
- 五、阶跃与冲击响应
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- 1. 阶跃响应
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- 1.阶跃函数
- 2.阶跃响应
- 2. 冲激响应
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- 1.一阶RC电路冲激响应
- 2.一阶RL电路冲激响应
一、动态元件
1. 电容元件
1.电容概述
2.电容元件VCR
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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
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。
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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
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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
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
- 初始时刻 t0 通常选在电路的换路时刻。开关操作,使电路结构发生变化。 假设电路在 t0 时刻发生换路操作,换路前一瞬间用 t0- 表示,换路后一瞬间用 t0+ 表示,初始值则是指在 t0+ 时刻的值。
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)
. 电感元件可用电流为 iL(0+) 的电流源替代
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,
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
换路定理,替换定理 】 - 2.稳态值y(∞)的求解 【当电路达到稳态,这时,
电容相当于开路,电感相当于短路,整个电路等效为电阻电路 】 - 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
等效电阻R 。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:
指该电路在单位阶跃函数作用下的零状态响应 ,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: