动态电路分析方法

电路动态变化的常见情况及分析⽅法2019-08-29电路动态分析是电学中⼀类⾮常典型的题型，它能综合考查学⽣对闭合电路欧姆定律的掌握，对电路结构的认识，以及对串、并联电路的基本特点等知识的应⽤，是⼀类考查学⽣分析能⼒、推理能⼒的好题.对不同的动态电路，引发的变化原因不同，但在分析⽅法上都⼤同⼩异.⼀、引起电路动态变化的原因归结起来，引起电路动态变化的原因有如下⼏种情况：1.滑动变阻器滑⽚的位置改变2.电路中开关的闭合、断开、或者换向3.⾮理想电表对电路的测试4.电容器结构的改变5.电路出现故障（断路或短路）6.电路中有传感器等敏感元件⼆、电路动态变化的基本分析⽅法1.程序法（1）基本思路：电路结构的变化，引起某部分电阻R的变化，引起总电阻R总的变化，引起⼲路电流I总的变化，引起路端电压U端的变化，引起固定⽀路上电流和电压的变化.（2）判定总电阻变化情况的规律a.当外电路的任何⼀个电阻增⼤（减⼩）时，电路的总电阻⼀定增⼤（减⼩）b.若开关的通、断使串联的⽤电器增多时，电路的总电阻增⼤；若开关的通、断使并联的⽀路增多时，电路的总电阻减⼩.图1c.如图所⽰分压电路中，滑动变阻器可视为由两段电阻构成，其中⼀段与⽤电器并联，另⼀段与并联部分串联.设滑动变阻器的总电阻为R0，灯炮的电阻为R灯，与灯泡并联的那⼀段电阻为R，则分压器的总电阻为：R总=R0-R+RR灯R+R灯=R0-R2R+R灯=R0-11R+R灯R2.由此可以看出，当R减⼩时，R总增⼤；当R增⼤时，R总减⼩.2.极限法：因变阻器滑⽚滑动引起电路变化的问题，可将变阻器的滑动端分别滑⾄两个极端去讨论，进⽽得出⼀般变化情况的⽅法.3.特殊值法：对于某些双臂环路问题，可以采取代⼊特殊值去判定，从⽽得出⼀般结论.三、例析图2例1如图所⽰，电源电动势E=8V，内阻不为零，电灯A标有“10V，10W”字样，电灯B标有“8V，20W”字样，滑动变阻器的总电阻为6Ω，闭合开关S，当滑动触头P由a端向b端滑动的过程中（不考虑电灯电阻的变化）A.电流表的⽰数⼀直增⼤，电压表的⽰数⼀直减⼩B.电流表的⽰数⼀直减⼩，电压表的⽰数⼀直增⼤C.电流表的⽰数先增⼤后减⼩，电压表的⽰数先减⼩后增⼤D.电流表的⽰数先减⼩后增⼤，电压表的⽰数先增⼤后减⼩解析图⽰电路是滑动变阻器R上部分与灯泡A串联，下部分与灯泡B串联，然后再并联，当P位置改变，导致总电阻变化，从⽽引起电流表、电压表⽰数变化.要知道P由a端向b端滑动过程中，总电阻怎样变化，必须要知道两灯泡的电阻.由P=U2R得：R=U2P，所以，RA=10210Ω，RB=8220Ω=3.2 Ω.⼜知R滑=6Ω，所以P由a端向b端滑动过程中，上⾯⽀路的电阻总⼤于下⾯⽀路的电阻，且相差越来越⼤，故R总减⼩.由此可直接判断出电压表⽰数减⼩，电流表⽰数增⼤.正确答案为A.点评本题属于滑动变阻器滑⽚位置变化⽽引起的电路动态变化，由于是双臂环路问题，故采取了算出具体数值，由极端法讨论的分析⽅法.例2如图所⽰，⼀理想变压器原线圈接⼊交流电源，副线圈电路中R1、R2、R3和R4均为固定电阻，开关S是闭合的，V1和V2为理想电压表，读数分别为U1和U2；A1、A2和A3为理想电流表，读数分别为I1、I2和I3.现断开S，U1数值不变，下列推断中正确的是（）.图3A.U2变⼩，I3变⼩B.U2不变，I3变⼤C.I1变⼩，I2变⼩D.I1变⼤，I2变⼤解析因为U1不变，由U1U2=n1n2可得U2不变，断开S后，副线圈所在电路电阻R变⼤，由I2=U2R可知，电流I2减⼩.由U1I1=U2I2得I1=U2I2U1，故I1减⼩.电阻R3两端电压U3=U2-I2R1，故U3变⼤，I3=U3R2变⼤.综合可得正确答案为B、C.点评本题是由于电路中开关断开，引起电阻变化，导致各部分电阻上的电压和通过的电流变化.由程序法进⾏动态电路分析的问题.图4例3两个定值电阻R1、R2串联后接在输出电压U稳定且等于12 V的直流电源上，有⼈把⼀个内阻不是远⼤于R1、R2的电压表接在R1两端，如图所⽰，电压表的⽰数为8V.如果他把此电压表改接在R2两端，则电压表的⽰数将（）.A.⼩于4VB.等于4VC.⼤于4V⼩于8VD.等于或⼤于8V解析电压表在电路中有双重⾝份，⼀⽅⾯，它能显⽰⾃⾝两端的电压，另⼀⽅⾯，它⼜有⼀定的电阻.此题中电压表先与R1并联，读数为8V，则R2上分得的电压为4V.⽽当电压表与R2并联时，其并联后的电阻要⽐R2⼩，⽽此时R1的阻值要⽐原先R1与电压表并联的阻值⼤，此时R1分得的电压⼤于8V，R2与电压表并联后分得的电压⼩于4V.正确答案为A.点评⾮理想电表接⼊电路中时，相当于改变了电路结构，从⽽使各部分电压、电流发⽣相应变化.注：本⽂为⽹友上传，不代表本站观点，与本站⽴场⽆关。

第四章动态电路分析方法 (66)4.1 一阶电路的分析 (66)4.1.1 一阶电路的零输入响应 (66)4.1.2 一阶电路的零状态响应 (70)4.1.3 一阶电路的完全响应 (74)4.2 二阶电路的分析 (79)4.2.1 LC电路中的自由振荡 (79)4.2.2 二阶电路的零输入响应描述 (81)4.2.3 二阶电路的零输入响应—非振荡情况 (83)4.2.4 二阶电路的零输入响应—振荡情况 (86)习题 (89)第四章动态电路分析方法前面介绍了线性电阻电路的分析方法。

由于电阻元件的伏安特性为代数关系，所以在分析电阻电路时，只需求解一组代数方程，如网孔分析法、节点分析法等。

但在本章所讨论的电路中，除了含有电源和电阻以外，还将含有电容和电感元件。

电容和电感元件的伏安特性为微分或积分关系，故称为动态元件（dynamic element）（参见1.4.3）。

包含动态元件的电路叫做动态电路。

动态电路在任一时刻的响应与激励的全部过去历史有关，这是和电阻性电路完全不同的。

例如，一个动态电路，尽管输入已不再作用了，但仍然可以有输出，因为输入曾经作用过。

因此，动态电路是具有“记忆”（memory）的特点，这完全是由动态元件的性能所决定的。

4.1 一阶电路的分析不论是电阻性电路还是动态电路，各支路电流与各支路电压都受到基尔霍夫定律的约束，只是在动态电路中，来自元件性质的约束，除了电阻元件的欧姆定律，还有电容、电感的电压、电流关系，这些关系已在1.4.3中讨论过，需要微分（或积分）的形式来表示。

因此，线性动态电路不能用线性代数方程，而需用线性微分方程来描述。

用解析方法求解动态电路的问题就是求解微分方程的问题。

在实际工作中经常遇到只包含一个动态元件的线性电路，这种电路是用线性常系数一阶常微分方程来描述的，故称一阶电路或一阶网络（first order network）。

本节讨论这类网络的解法。

以电容元件为例，这类网络可以用图4-1(a)来概括，图中所示的方框部分只有电阻和电源组成电路，可以用戴维南等效电路或诺顿等效电路来代替。

电路动态分析的方法电路动态分析是指对电路中各个元件和节点的电压和电流随时间的变化进行分析。

在电路动态分析中，可以使用多种方法来求解电路的动态响应。

下面将介绍几种常用的电路动态分析方法。

1. 拉普拉斯变换法拉普拉斯变换法是一种在时间域和频率域之间进行转换的方法。

通过将电路中的微分方程转换为复频域中的代数方程，可以求解电路的动态响应。

在电路动态分析中，可以利用拉普拉斯变换法求解电路的响应和传输函数，并通过逆拉普拉斯变换将结果转换回时间域。

这种方法适用于线性时间不变系统和输入信号为简单波形的情况。

2. 时域响应法时域响应法是直接求解电路微分方程的方法。

通过对电路中的每个元件应用基尔霍夫定律和欧姆定律，可以得到电路中各个节点和元件的微分方程。

然后，可以采用常微分方程的求解方法，如欧拉法、改进欧拉法、龙格-库塔法等，来求解电路的动态响应。

时域响应法适用于任何输入信号和非线性电路。

3. 复频域法复频域法是通过复频域分析电路的动态响应。

它利用频率响应函数来描述系统的响应特性，并通过计算复频域中的传输函数和频率响应来求解电路的动态响应。

复频域法常用的分析工具包括频域响应函数、波特图、极点分析等。

复频域法适用于频率变化较大的信号和线性时不变系统。

4. 有限差分法有限差分法是将微分方程转化为差分方程求解的方法。

通过将时间连续的差分方程转换为时间离散的差分方程，可以用数值方法求解电路的动态响应。

有限差分法可以采用欧拉法、梯形法、显式或隐式的Runge-Kutta等方法来求解。

这种方法适用于任何非线性系统和任意输入信号。

5. 传递函数法传递函数法是通过传递函数来描述电路的响应特性。

传递函数是表示输入和输出关系的函数，可以通过对电路进行小信号线性化得到。

利用传递函数可以方便地计算和分析电路的动态响应。

传递函数法适用于线性时不变系统和复频域分析。

在实际应用中，根据具体问题和所需求解的电路，可以选择适合的动态分析方法。

不同方法有各自的优缺点，需要根据具体情况进行选择。

动态电路的分析方法一电流表，电压表功能的确定1、观察整个电路连接结构。

2、、其次，按常规方法确定表的功能。

即：在保证电路正常的前提下，与用电器保持串联的是电流表，与用电器保持并联的是电压表。

二、利用电流表（导线）、电压表判断电路故障及故障分析方法1、电路故障是指电路连接完成通电时，整个电路或部分电路不能正常工作。

△产生电路故障的主要原因有：①元件本身存在问题，如元件内部开路、短路；②电路导线接触不良或断开等；③连接时选用的器材不当（如R1>>R2）；④连接错误。

2、故障类型①短路：电路被短路部分有电流通过（电流表有示数）被短路两点之间没有电压（电压表无示数）②断路：电路断路部分没有电流通过（电流表无示数）断路两点之间有电压，断路同侧导线两点无电压3、故障检测方法A:常用检测方法；⑴电流表：“电流表示数正常”表明主电路为通路“电流表无示数”表明几乎没有电流流过电流表或电路为断路。

⑵电压表：“电压表有示数”表明和电压表并联的用电器断路。

“电压表无示数”表明与电压表并联的用电器短路。

（3）、电流表电压表均无示数:“两表均无示数”表明无电流通过两表，除了两表同时短路外，最大的可能是主电路断路导致无电流。

B:特例故障检测方法:△电灯故障分析方法先分析电路连接方式，再根据题给条件确定故障是断路还是短路：（1）两灯串联时，如果只有一个灯不亮，则此灯一定是短路了；如果两灯都不亮，则电路一定是断路了；（2）两灯并联，如果只有一灯不亮，则一定是这条支路断路；如果两灯都不亮，则一定是干路断路；※在并联电路中，故障不能是短路，因为如果短路，则电源会烧坏。

△电表示数变化故障分析方法（1）首先正确分析电路中电压表，电流表的测量对象，根据电表示数变化情况并结合串并联电路的特点分析电路故障原因。

（2）电压表串联接入电路中时，该部分电路断路，但电压表有示数。

此时与电压表串联的用电器视为导线。

串联电路：①电压表示数变大，一是所测用电器断路，电压表串联在电路中，二是另一个用电器短路；②电压表示数变小（或为0），一种情况是所测用电器短路，另一种情况是另一个用电器断路；③电流表示数变大，一定有一个用电器短路；④电流表示数变小（或为0），一是电压表串联在电路中，二是电路断路。

模块四电学专题04 欧姆定律之动态电路分析*知识与方法一、由滑动变阻器引起的电路中物理量的变化1.串联电路：解题方法：对于串联电路，一般的分析顺序为：滑动变阻器电阻R p的变化→电路总电阻R总的变化（R总=R+R P）→ 电路电流I的变化（U不变，I总RU=）→定值电阻R两端电压U1的变化（U1=IR）→滑动变阻器两端电压U2的变化（U2 =U−U1）快速巧解方法：根据串联电路分压规律，R p增大时，U2增大。

2.并联电路：解题方法：①电源两端电压U不变⇒通过R的电流I1不变（I1RU=）；②P的移动方向⇒滑动变阻器阻值的变化⇒滑动变阻器所在支路电流I2的变化（U不变，I2PRU=）①②⇒干路电流I的变化（I = I1+I2）二、由开关引起的电路中物理量的变化R PAV2V1SR解题方法：① 画等效电路图：分析闭合不同开关时，分别有谁连入电路；② 分析电表：电压表、电流表分别测谁；③ 根据欧姆定律、串并联电路规律和电源电压不变的条件，判断电表示数的变化。

三、由敏感电阻（光敏电阻、热敏电阻、气敏电阻、压敏电阻等）、与浮力杠杆等(加油、称体重等) 结合的应用型动态电路分析分析思路基本与“由滑动变阻器引起的电路中物理量的变化”相同四、利用变化量求定值电阻 1.U 1 = IR ，U ′1 = I ′R ，U ′1—U 1=（I —I ′）R ，ΔU 1=ΔIR2.∵U 不变，∴ΔU 1=ΔU 2∴ΔU 2=ΔIR*针对训练一、单选题1．（2023秋·山东泰安·九年级统考期末）热敏电阻的阻值是随环境温度的增大而减小的．要想设计一个通过电表示数反映热敏电阻随环境温度变化的电路，要求温度升高时电表示数减小，以下电路符合要求的是（ ）A ．B ．C ．D ．【答案】D 【解析】A ．由电路图可知，热敏电阻与R 0并联，电流表测并联电路干路电流．当温度升高时，热敏电阻R P AV 2 V 1 SR阻值变小，干路电流变大，故A不符合题意．B．热敏电阻与R0并联，电流表测热敏电阻的电流，当温度升高时，热敏电阻阻值变小，由IUR=可知，通过热敏电阻的电流变大，电流表示数变大，故B不符合题意．C．已知热敏电阻与R0串联，电压表测R0两端的电压，当温度升高时，热敏电阻阻值变小，根据串联电路分压原理，电压表示数变大，故C不符合题意．D．已知热敏电阻与R0串联，电压表测热敏电阻两端的电压，当温度升高时，热敏电阻阻值变小，根据串联电路分压原理，电压表示数变小，故D符合题意为答案．2．（2023秋·河北保定·九年级统考期末）如图所示是一种温度测试仪的电路，R1为定值电阻，R2为热敏电阻（阻值随温度升高而减小）。

动态电路分析的思路和技巧诀窍：去表判连接，恢复断所测，动态综合看，电表示数定。

浅释：定性分析动态电路的解题思路分三步：第一步：采用“去表法”分析电路的连接方式。

电流表内阻很小，可视为导线；电压表内阻很大，可视为断路；电压表可连同它两端的导线取走以简化电路结构，方便进行电路分析，这种方法叫做去表法。

第二步：将电表再恢复来判断电表测量对象。

第三步：动态分析，确定电表示数的变化。

简记：去表判连接，恢复断所测，动态综合看，电表示数定。

详解：欧姆定律是电学的重点，也是中考出题的方向，动态电路是它所衍生的知识板块之一。

动态电路变化问题大致可以分为两类，一是滑动变阻器滑片的位置变化引起电路中电学量的变化；二是开关的断开或闭合引起电路中电学量的变化。

一、滑动变阻器类分析思路顺口溜：一看电路串并联，二看电表与谁连，三看滑片移哪边，总阻随着变阻变，要问电表怎么变，欧姆定律来实现。

先电流，后电压，电压分析有技巧，定值电阻要先看，滑阻电压源压减。

注释：“欧姆定律来实现”，是指综合运用欧姆定律或分压分流原理等规律，抓住题中不变的量，如电源电压不变、定值电阻阻值不变等，把动态电路变成静态电路来处理，从而解决具体的实际问题。

“滑阻电压源压减”，即滑动变阻器两端的电压等于电源电压减去定值电阻两端的电压：U滑阻＝U电源－U定阻。

1.串联第一步：分析总电阻R总变化情况，找到总电流I总的变化情况（一般地，U总不变，根据I总＝U总/R总，得出电流I总与总电阻R总变化情况相反）；第二步：根据电流变化情况，找到阻值不变的部分的电压变化情况（由U定＝IR定，可判断出阻值不变部分的电压与电流变化情况相同）；第三步：根据串联电路“分压”规律，找到阻值变化部分的电压变化情况（由U变＝U总－U定，可判断阻值变化部分电压变化与阻值不变部分电压变化情况相反）。

（在实际解题中，我们还可以根据串联中电压分配与电阻成正比，先判断出变化部分的电压与此部分电阻变化情况相同；进一步判断其他阻值不变部分电压变化与阻值变化部分电压变化相反）。

动态电路暂态分析是指对电路中含有非恒定电信号（如脉冲、方波等）时的电路响应进行分析和计算的过程。

三要素法是动态电路暂态分析中常用的一种方法，它主要基于电路元件的三个特性进行分析，即电阻、电感和电容。

具体来说，三要素法将电路元件的三个特性组合在一起，考虑它们对电路响应的贡献。

这三个特性在非恒定电信号下会导致电路响应的不同，分别代表电路响应的三个部分：电阻成分（R），电感成分（L）和电容成分（C）。

在应用三要素法进行动态电路暂态分析时，首先需要对电路中各元件的三要素进行分解，在不同的时间段内计算各成分的响应，然后将它们组合在一起得到整个电路的响应。

这个过程包括以下几个步骤：
1. 对电路进行分解：将电路中各元件分解成三个部分，即电阻成分、电感成分和电容成分。

2. 计算每个部分在不同时间段内的响应：对于每个成分，在不同的时间段内根据相应的公式进行计算。

3. 组合各个部分：将各个成分的响应组合在一起，得到整个
电路的响应。

三要素法适用于分析复杂的动态电路响应，特别是在非恒定电信号下。

它通过将电路元件的电阻、电感和电容特性组合在一起，较为准确地描述了动态电路的响应过程。

由于三要素法的计算较为复杂，通常使用电路模拟软件进行计算。