电网络理论第11章
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第11章 一阶动态电路分析教学提示:在前面的章节里,讨论了含动态元件的电路在正弦周期量激励下的响应,都是工作在稳定状态,简称稳态。
实际上,这样的响应只是电路全部响应中的一部分,而不是响应的全部。
当电路在接通、断开或参数、结构发生变化时,电路的状态就可能会从一种稳定的状态向另一种稳定的状态变化,这个变化过程是暂时的,称为瞬态或过渡过程。
产生过渡过程的原因是由于电路中存在电感或电容动态元件,由于动态元件的VCR 是对时间变量t 的微分或积分关系,因此,对动态电路分析需要用微分方程来描述,即在时间t 中分析动态电路,故也称为时域分析法。
本章就是分析含有动态元件的电路中的电压、电流与时间的函数关系,主要是分析只含一个动态元件的线性电路的电压、电流,也就是一阶动态电路分析。
主要介绍一阶电路的零输入响应、零状态响应、全响应、一阶电路的三要素公式。
教学要求:在本章中应充分理解:零输入响应,零状态响应,暂态响应和稳态响应、时间常数、固有频率的含义;熟练地掌握他们的计算方法。
掌握换路的初始值计算。
重点能熟练运用三要素法求得输入为直流时,一阶电路中任意变量的响应。
会计算阶跃响应。
11.1 换路定律和初始条件的计算本节讲述的是当电路在接通、断开或参数、结构发生变化时,各元件上的电量(电压和电流)初始值的确定问题。
主要讲述电感电流和电容电压在换路时不能发生跃变,即换路定律。
11.1.1 换路动态电路的结构或元件参数发生变化时,电路将改变原来的稳定状态。
含动态元件的电路在正弦周期量激励下的响应,都是工作在稳定状态,简称正弦稳态;当直流电路中各个元件的电压和电流都不随时间变化时,称电路进入了直流稳态(DC steady state )。
电路达到直流稳态时,电感相当于短路,电容相当于开路。
在电路理论中,把电路中支路的接通和切断、元件参数的改变、电源电压或电流波动等等,统称为换路(switching),并认为换路是瞬时完成的。
第十一章习题解答11-1周期性矩形脉冲如图所示,试求其傅立叶级数展开形式。
t解:02212w T πππ=== 00011()22T m m U a f t dt U dt T πππ===⎰⎰ 00002211()cos 2cos sin 0Tm k m U a f t kw tdt U ktdt ktT kππππ=⋅===⎰⎰0002()sin 12sin 2211()cos ()(cos 1)21cos 41,3,5,00,2,4,Tk m mm m mb f t kw tdtT U ktdt U U kt k k k U k k U k k k πππππππππ=⋅===⋅⋅----=⎧=⎪=⎨⎪=⎩⎰⎰ ∴14mU b π=,343m U b π=,54,5mU b π=0135()sin sin 3sin 5444sin sin 3sin 5354111(sin sin 3sin 5sin 7)357mmm m m m f t a b t b t b t U U U Ut t t U U t t t t ππππππ=++++=++++=+++++11-3在图示电路中,无源一端口网络N 的 端口电压和端口电流分别为()100cos31450cos(94230)V u t t t ︒=+- 3()10cos314 1.75cos(942)A i t t t θ=++若把N 看作为RLC 串连电路,试求:(1)R,L,C 之值;(2)3θ之值;(3)电路消耗的功率。
解:(1)13()100cos31450cos(94230)()()u t t t u t u t ︒=+-=+313()10cos314 1.75cos(942)()()i t t t i t i t θ=++=+∵1()100cos314u t t =,∴.10V U ︒=∵1()10cos314i t t =,∴.10A I ︒=∵.1U 与.1I 同相,∴LC 串连分支对基波而言发生 串连谐振,∴.1.1100U R I ︒===Ω21314314C L =⇒= ∵3()50cos(94230)V u t t ︒=-,∴.330U ︒=-,3U = 33() 1.75cos(942)i t t θ=+,∴.33A I θ=∴333501.75U Z I ==== ∴22110(942)816.33942L C+-= 21(942)716.33942L C -= 194226.76942L C -=(∵w 时谐振,∴3w 时呈感性)∵21314C L =∴2194226.761942314L L -= 31494226.763LL -=∴31.9mH L =231317.94F 31431.910C μ-==⨯⨯(2)∵.330V U ︒=-,.33I θ= 33611(942)10(94231.910)942942317.941010(30 3.34)28.4769.44Z R j L j C j --︒=+-=+⨯⨯-⨯⨯=+-=∠Ω .3333.333028.4769.44U U Z I I θ︒︒==∠--≈∠ ∴33069.44θ︒︒--=∴33069.4499.44θ︒︒︒=--=-(3)1︒1()100cos314V u t t =单独作用时,1()10cos314A i t t =∴221110500W P I R =⨯=⨯= 2︒ 3()50cos(94230)V u t t ︒=-单独作用时,3() 1.75cos(94299.44)A i t t ︒=-2233101015.31W P I =⨯=⨯=1350015.31515.31W P P P =+=+=11-10图示电路为滤波电路,要求14w 的谐波电流传至负载,而使基波电流无法达到负载。