第六章--一阶电路
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第六章一阶电路——经典分析法(微分方程描述)——运算分析法(代数方程描述)见第十三章一、重点和难点1. 动态电路方程的建立和动态电路初始值的确定;2. 一阶电路时间常数、零输入响应、零状态响应、冲激响应、强制分量、自由分量、稳态分量和暂态分量的概念及求解;3. 求解一阶电路的三要素方法;电路初始条件的概念和确定方法;1.换路定理(换路规则)仅对动态元件(又称储能元件)的部分参数有效。
①电容元件:u C(0-) = u C(0+);(即:q C(0-) = q C(0+));i C(0-) ≠i C(0+)。
②电感元件:i L(0-) = i L(0+);(即:ΨL(0-) = ΨL(0+));u C(0-) ≠u C(0+)。
③电阻元件:u R(0-) ≠u R(0+);i R(0-) ≠i R(0+)。
因此,又称电容的电压、电感的电流为状态变量。
电容的电流、电感的电压、电阻的电压和电流为非状态变量。
如非状态变量的数值变化前后出现相等的情况则视为一种巧合,并非是一种规则。
2.画t=0+时刻的等效电路画t=0+时刻等效电路的规则:①对电容元件,如u C(0-) = 0,则把电容元件短路;如u C(0-) ≠ 0,则用理想电压源(其数值为u C(0-))替代电容元件。
②对电感元件,如i L(0-) = 0,则把电感元件开路;如i L(0-) ≠ 0,则用理想电流源(其数值为i L(0-))替代电感元件。
画t=0+时刻等效电路的应用:一般情况下,求解电路换路后非状态变量的初始值,然后利用三要素法求解非状态变量的过渡过程。
3. 时间常数τ①物理意义:衡量过渡过程快慢的技术指标(即等于一阶微分方程的特征方程的特征根)。
仅取决于电路的结构和元件的参数。
②几何意义:状态变量变化曲线中时间坐标轴上任意一点次切距的长度(即曲线上任意一点,如果以该点的斜率为固定变化率衰减,则经过τ时间后为零值)。
③单位:m(秒)、ms(毫秒)。
第六章 一阶电路例6-1如图所示电路,t =0时闭合开关k ,求 u L (0+)(a ) (b )解:先求 A i L 24110)0(=+=-由换路定律:i L (0+)= i L (0-) =2A0+等效电路如图(b)所示,则V u L 842)0(-=⨯-=+。
注意: 电感电压在换路瞬间发生了跃变,即:例 6-2 如图所示电路,t =0时打开开关k ,求)0(+li ,)0(+l u,)0(+R u 。
(a ) (b )解: (1)30j 60-∠=∠=LE L E I m m Lmωω )30sin( -=t LE i mL ωω LE t L E i m t m L ωωω2)30sin()0(0-=-==- (2) LE i i mL L ω2)0()0(-==-+LE i i t E u m l l o m s ωω2)0()0(V )60sin(-==+=-+(3)0+等效电路如右图所示,则LRE R i u mL R ω2)0()0(-==++LRE E u mm L ω223)0(--=+例6-3 图示电路在t <0时处于稳态,t =0时闭合开关,求电感电压u L (0+)和电容电流i C (0+)(a ) (b) (c)解:(1) 把图(a)t=0-电路中的电感短路,电容开路,如图(b )所示,则:(2) 画出0+等效电路如图(c)所示,电感用电流源替代,电容用电压源替代解得:注意: 直流稳态时电感相当于短路,电容相当于断路。
例6-4 求图示电路在开关闭合瞬间各支路电流和电感电压。
(a ) (b) (c )解:(1) 把图 (a) t=0-电路中的电感短路,电容开路,如图(b )所示,则:(2) 画出0+等效电路如图(c)所示,电感用电流源替代,电容用电压源替代解得:例6-5 图示电路中的电容原本充有 24V 电压,求开关闭合后,电容电压和各支路电流随时间变化的规律。