动态电路的瞬态分析.pdf

第四章 动态电路的瞬态分析 第四章 动态电路的瞬态分析 本章将介绍两种新的电路元件—— 电感元件和电容元件。 电感元件和电容元件的主要性质之 一—— 伏安特性，涉及导数或积分关 系，因此由它们和电阻元件、电源元件 共同构成的电路就称为动态电路。 4.1 电容元件与电感元件 4.1 电容元件与电感元件 4.2 换路定律与初始值的计算 4.2 换路定律与初始值的计算 4.3 一阶电路的自由响应和强制响应 4.3 一阶电路的自由响应和强制响应 4.4 一阶电路的零输入响应 4.4 一阶电路的零输入响应 4.5 一阶电路的零状态响应 4.5 一阶电路的零状态响应 4.6 一阶电路的全响应 4.6 一阶电路的全响应 4.7 求解一阶电路的三要素法 4.7 求解一阶电路的三要素法 4.8 正弦信号激励下的一阶电路 4.8 正弦信号激励下的一阶电路 4.9 阶跃信号与阶跃响应 4.9 阶跃信号与阶跃响应 4.10 微分电路与积分电路 4.10 微分电路与积分电路 4.11 二阶电路的瞬态分析 4.11 二阶电路的瞬态分析 4.12 电路中发生强迫跃变时的瞬态分析 4.12 电路中发生强迫跃变时的瞬态分析 4.1 电容元件与电感元件 4.1 电容元件与电感元件 1.电容元件 1.电容元件 (1) 电容与线性电容元件 (1) 电容与线性电容元件 电容是表征电场储能性质的电路 参数。电容元件是以电容为唯一参数的 电路元件，是电容器的理想化模型。电 容器的基本结构是两个金属薄片中间填 以绝缘介质。 (2) 电容元件的伏安特性 (2) 电容元件的伏安特性 虽然电容是根据q-uC 关系定义 的，但在电路分析中，我们感兴趣的 是电容元件的伏安关系。 将式(4-2)与图4-2所示的参考方 向结合起来，就可以确定电容电流在 充电与放电过程中的实际方向。 2.电感元件 2.电感元件 (1) 电感与线性电感元件 (1) 电感与线性电感元件 电感是表征磁场储能性质的电路参 数。电感元件是以电感为唯一参数的电路 元件，是实际电感线圈的理想化模型。 (2) 电感元件的伏安特性 (2) 电感元件的伏安特性 如果电感线圈中有随时间变化的 电流流过，那么，穿过线圈的磁通也 随之变化。按照电磁感应定律，线圈 中将会有感应电动势产生，这种由流 过线圈本身的电流产生的感应电动势 叫自感电动势。 4.2 换路定律与初始值的计算 4.2 换路定律与初始值的计算 1.过渡过程的产生 1.过渡过程的产生 过渡过程是由于激励信号的突 然接入或改变，电路的接通或开断， 以及电路参数的突变等等所引起的， 这些改变可统称为换路。 然而，换路仅是电路产生过渡过程的 外部条件。从物理本质上看，电路与其周 围的电场和磁场是紧密相关的。电路中电 流、电压的建立和改变必然伴随着电场与 磁场能量的建立和改变。而能量的改变， 只能渐变，不能跃变，因为能量的跃变意 味着功率p =dW / dt→∞，这是任何实际电 源都无法提供的。这就是为什么实际电路 不能随着换路从一个稳态立即变到另一个 稳态，而总要经历或长或短的过渡过程的 根本原因。 2.换路定律与初始值的计算 2.换路定律与初始值的计算 (1) 电路的状态 (1) 电路的状态 下面，先介绍一个重要概念—— 电路 的状态。“状态”一词在电路瞬态分析中是 一个专用的术语，有其特定的含意(注) 。 (2) 换路定律 (2) 换路定律 换路定律包括下述两条内容： ① 在电容支路中的电流为有 限值的条件下，换路瞬间电容元件 的端电压保持不变。 ② 在电感元件的端电压为有 限值的条件下，换路瞬间电感支路 中的电流保持不变。 (3) 电压、电