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CH1本章从引入电路模型的概念开始,简介电流和电压的参照方向;吸取、发出功率的体现式和计算措施;常用的电路元件及其伏安特性,以及独立源、受控源;最终讲解基尔霍夫两和的基§1-1本教握路教点型教学难点怎代实际电教学措堂讲教学容念
1.电路为了某种目的,把电源与电子元件与负载连接起来即成为电路(举
2.实际电路是为完毕某种预期的目的而设计、安装、运行的,由电路器件和电路部例)件互相连接而成具有特定的功能电路的功能传播与处理信息、能量的传递、电量的测量、存贮信息以及控制计算
3.台(匕等3匕电源和负载在实际电路中,电能或电信号的发生器称为电源,用电设备称为负
4.载鼓励和响应鼓励是对电源而言的,电压和电流是在电源的作用下产生的,因此电
5.源又称为鼓励源;响应是对负载而言的,由鼓励作用而在电路中产生的电压和电流称为响应有时,根据鼓励和响应之间的因果关系,把鼓励称为输入,响应称为输出电路模型
6.实际电路的电路模型是由理想电路元件互相连接而成的理想元件即在一定条件下对实际元件加以理想化,忽视它的次要的性质,并用一
7.种足以表征其重要性能的模型来表达它理想电路元件是构成电路模型的最小单元,是一1-1昭§1-2,、、教学目的掌握电流和电压的基本概念;电流和电压的参照方向、的设定的设定昭,、、、教电流和电压的参方向教关联参照方向和非关联参照方向的引入教措施课堂讲授教内容学压参照方向流和电的电在电路分析中,波及某个元件或部分电路的电流或电压时,由于电流或电压的实际方向也许也也许是随时间和电压参照方向及流的参1昭/、、、定义每单位时间内通过导体横截面积的电量定义为电流强度,简称电流,用符1等效电路可以用一种电压源等效替代
1.等效原则电压源的参照方向与等效电压源参照方向一致则取“+”,反之为“-”
二、
2.电流源的并联等效电路可以用一种电流源等效替代
1.等效原则电流源的参照方向与等效电流源参照方向一致则取“+”,反之为
三、电压源
2.的并联与电流源的串联只有电压相等,极性一致的电压源才容许并联,否则违反
1.KVL o只有电流相等,极性一致的电流源才容许串联,否则违反
3.KCL o模型及其效§2-5等教的电源换的的等效变教求解电条件原点和教课路)的和用电压教堂授措教2-7路等条模伏安等I原参的is us极指P42例电口无网§2-6教掌握点求输入阻的教求阻措教措入I教学讲教容端源源和源()I CS受入电络输入电阻Rin施求
1.当一端口无源网络由纯电阻构成时,可用电阻的串、并联以及丫-△变换求得的电阻电得,当一端口外
2.无源网络具有CS时,可以采用阻加电压法:1即在端口加以电压源US,然后求出端口电流i,再求比值us/i,即为输入2外加电流法:即在端口加以电流源is,然后求出端口电压U,再求比值u/is,即为输入阻P442-5[例]:求图2・7所示电路端口的输入电阻Rin,并求其等效电路图例题2-8[解]:先将图⑻的端外加一电压为的电压源,如图⑻所示再把右端电路进行简化得ab uab到图由图可得到b,b因此,该一端口输入电阻为由此例可知,含受控源电阻电路的输入电阻也许是负值,也可认为零图⑻等效电路为图分析支路电阻电路的一般CH3b所示电路,其等效电阻值为电流法;本章简介线性电阻电路方程的建立措施内容包括电路图论的初步知识;§3-1电路的图教学学习图论的初步概念目的教学重:图和树的概念占、、、怎样确定基本回路教学-tta)学为主,课堂讲授为辅教学措施自内容教学定义图是结点和支路的集合,其中每条支路的两端都连到对应的结点上.孤立的结点
1.的支路不叫图也叫图,没有结点2子图(Gi,i=
123...路都包括在中GGi的所有结点、支途径从的一种结点出发,依次通过
3.G图的支路和结点(每一支路和结点只通过一次),抵达另一种结点(或回到原出发点),这种
4.连通图任意两结点间至少存在一条途径时,称G为连通图
5.分离图某些结点间没有途径相通,而提成几种孤立的部分
6.全通图:任何一种结点和其他结点均有且只有一条支路连通,全通图一定是连通图,但连赋予支路方向
7.有书P513-1)棵树条件
1.是2括G所占“、3自属身有2树于树路支连支P54树路支图书3-
43.基本回路:对于G的任意一种树,加入一种连支后,就会形成一种回路,并且此回路子图成为途径除所加连支外均由树支构成,这种回路称为单连支回路或基本回路树支数对于有个结点,条支路的连通图,树支数
4.n b=n-1o和§3-2KCL KVL的独立方程数教学重占・KCL、KVL独立方程数
八、、•教学难点:应用电路基本定律列写独立方程课教学措施堂讲授教学内容**--*、的独方程数KCL推论连支数;基本回路数=连支数=b-n+1=b-n+1教学目的掌握独立结点、独立回路的概念及KCL、KVL独立方程数有
①・;
②;
③;
④;
①②③④i1i4-i6=0-i1-i2+i3=0i2+i5+i6=0-i3+i4-i5=0+++0=
01.推导对于P52图3-2所示的电路图,对结点
①,
②,
③,
④分别列写KCL方程,因此
①,
②,
③,
④不独立,任意三个独立结论对于具有个结点的电路,在任意()个结点上可以得出()个独立的方
2.n n-1n-1KCL程对应的()个结点称为独立结点独立结点选择措施个结点中去掉一种,其n-
13.n他结点都是独立的
二、的独立方程数推导对于图・()所示的电KVL
1.P5732b路图,列写基本回路的方程,有;KVL I.u1+u3+u5=0;II.u1-u2+u4+u5=0III.-u4-u5+u6=0o每个方程所包括的连支电压不出目前其他方程中,因此这个方程不也许由其他两个方程的线形组合获得,因此这三个方程是独立除此之外,基本回路以外的回路上列写的方程都可KVL由基本回路上的方程线形组合而成,因而是不独立的.例如连支、加上树支构成的回路234上,方程为其实是由、两式叠加而得的成果KVL-U2-U3+U4=012II-Iu1-u2+u4+u5-u1-u3-u5=-u2-u3+u4=0o结论对于一种结点为支路数为的连通图,在基本回路(即单连支回路)上列写的
2.n,b方KVL程是一组独立方程,方程数目这些基本回路称为独立回路=b-n+1o独立回路选择措施单连支回路法(基本回路法)()确定一种树;
3.1§3-3支路电流法教的支电流法学习2b法教重电流法占・支教用
八、、•的支电流,或电压法求解电路电流教措堂讲授课施教容、2b法个支路电流和b个支路电压为变量列写2b个方程并直接求解定义支路电流法是以个支路电路为变量列写个方程,并直接求解b b方程一般形式(书P58图3-8)b))路)n点b条支Zik=O o,)KCL得n-1个独立的方程有方,立结点
①②、KCLKCL b-n+1独立ZRkik=ZuS k立歹U KVL,有()确定单连支回路(基本回路),仅含唯一的连支,其他为树支2VCR法方解环电环流题选据定电昭向;支的、、、Jb-n+1程;方KCL n-列独立结3选用35个独立回路,指定回路饶行方向,列写KVL程;4将
2、得到的方程联立求出”,i2,…ib,及其他作Uk=Rkik,Pk=Ukik;答]3-1解流§3-4网教的掌握孔、网孔教流学重/、、、教应用解难占・教施学教但凡可以把所有元件都布置在一种平面上而端线不出现交叉重叠现象的电路,路,称为平面电称为平面电路,否则便是非平面电路如下图中的a、b o对于c无论怎样调整布局,都做不到端线不发生交叉重叠,此时就为非平面电路图平面电路与非平面电路
二、网孔的3-2定义网孔是最简朴的回路,即不含任何支路的回路网孔数=独立回路数举例书图=b-n+1P57的独立方程数推导用图3-2bKVL
三、网孔电流法定义网孔电流法是以网孔电流为未知量,根据对所有网孔列出方程求解
1.KVL
2.方程的一般形式书P58图3-9a、b1选择网孔
12、列出方程,以各自的网孔电流方向为绕行方向■2对网孔12KVL列方程时,一般顺时针*•为•式中为支路电压3由各支路的VCR为••式代入式整顿有II I**式III设分别为网孔和网孔的自阻,分别代表网孔和网孔的互阻,则式可改写为1212in式wR12,R23等是各网孔间的互阻自阻总为正,互阻总为负所有网孔电流都取为顺(逆时针方程右边的的方向与网孔电流一致时,前面取“」US11,US22,...Usmm)之号3网局部调整电路,当电路中具有电流源和电阻的并联组合时,可转化为电压源和电阻1的组合;选用网孔电列写网2KVL方向取顺时针方向;孔电流方程,自阻总为正,互阻视为流过的网孔电流方向而空,两根据3“十”,例]流法求图供的电功3-3电解]个网孔电流下式中具有相似下标的电阻等是各网孔的自阻,有不一样下标的电阻R11,R22,…Rmm3-3法§3-5回路电流目的掌握回路电流的概习回路电流法教学念;学m教学重点独立回路的选回路电流法用;应用回路电教学难点流法求解电路施:课教学措堂讲授教学内容--*、回路电在一种回路中持续流动的假想电流联立上述方程解得回路电流法方程的一般形式书图
2.P513-1a对回路回路电流法定义回路电流法是以一组独立的回路电流为电路变量的求解措施
1.对回路回路略与网孔电流法方程相似,得到回路电流方程的一般形式其中,是各自回路的自阻,的是回路间的互阻,自阻总为正,互阻取正或负则由Rij i=j Rij有关两个回路共有支路上两回路电流的方向与否相似决定的,相似时取正,相反时取负解题环节3()选择一种树,确定一组基本回路,指定回路的绕行方向;1()根据列写以回路电流为未知量的方程,自阻总为正,互阻在有关回路共有支路上2KVL两回路电流方向相似时取正,相反时取负;()若电路中具有无伴电流源或时,另行处理,一般是各增长一种方程;3CS()联立以上方程求解;4()作答5[例]:如图()所示电路,试用回路电流法计算电流及两个电源提供的电功率a图例题3-4[解]:电路中具有一条有伴电流源支路,可以先将其等效变换,然后选择三个独立回路电流;运用列写方程如下KVL*整顿得•联立以上方程求得■*同理可得因•*■*电阻2Q电源此la功率功电压率5V源流的的电电电流10A结点电压法§3-6教学目的掌握结点电压的概念;学习结点电压法教学重点结点电压法教学难点应用结点电压法求解电路教学措施课堂讲授教学内容
一、结点电压在电路中任意选择某一结点为参照结点,其他结点与此结点之间的电压称为结点电压
二、结点电压法定义结点电压法是以结点电压为求解变量,并对独立结点列出用结点电压体现的
1.KCL有关支路方程的措施方程的一般形式教材图
2.P673-16详细过程见教材P67〜P69对()个独立结点的电路有n-1解3结点电压法*•题环环节
(1)选用为参照点,解确定结题点电压m2,...;un1,u根据列写简化后的结点电压方程,自导总是正,互导总2KCL一般是各增长一种方程;4联立以上方作程求答解5例1[用结,点电压法求电流[解1为选择o4参照结点,则其他三个独立结点的方程如联以上方程解得因此若电路中具有无伴电压源或时,此外处理,3CS为负;电路定理CH4本章简介某些重要的电路定理内容包括叠加定理;齐性定理;替代定理;戴维宁定理;诺顿定理;特勒根定理;互易定理简要简介了对偶原理叠加定理§4-1下理教学目的学习叠加定理、齐性定教学重占・叠加定理O/、、、•理求解电教学难点:应用叠加定路教学措施课堂讲授O教学内容-叠加定理的内容线形电阻电路中,任一电压或电流都是电路中各个独立电源单独作用时,在个各个支路形成的电压或电流的代数和
二、推导式中、、为常数,可以将此式推广到一般电路,假如电阻电路由个电流源和个电a bc nm压源共同鼓励,则这种线性叠加关系可以表达为式中表达响应电流或电压;表达第个独立电压源的电压;表达第个独立电流源X uskK q的电流;为由电路构造和元件参数决定的系数
三、使用叠加定理应注意的几种问题
1.叠加定理用于线性电路,不合用于非线性电路;在叠加的各个分电路中,不作用的电压源置
2.零,在电压源处用短路替代;不作用的电流源置零,在电流源处用开路替代;电路中所
3.有电阻不于更动,受控源应原封不动的保留;叠加时各分电路的电压和电流的参照方向可以
4.取为与本来电路中的相似,取和时应注意各个分量前的+、一号;功率不能叠加5
四、推论——齐性定理齐性定理的内容当所有的鼓励(独立电源)都同步增大或缩小倍(为实常数)时,响应K K(电路中所有支路的电压和电流)也将同样增大或缩小倍齐性定理用于解梯形电路,措施K称为“倒退法”[例]:试用叠加定理求图()所示电路中电压和电流4-2a UI图例题4-2替§4-2目的学习替代定掌握可以等效替代的三种基本状况教学学重点理定教教学难点教教求解学措讲容理[解]:替代定理又称为置换定理,是指给定一种线形电阻电路,其中第支路的电压和电流k Uk替is代替代后电路中所有电压和电流均将保持本来值
二、推导阐明)图4-3替代定理为已知,那么此支路可以用一种电压等于的电压源或一种电流等于的电流源ik UkUs,ik注假如第支路中的电压或电流为中受控源的控制量,而替代之后该电压或电流不复k N存在,则该支路不能被替代O戴维理理§4-3宁定和诺顿定定理和理教学目的学习戴维宁诺顿定••O教学重点:戴维宁等效电路和诺顿等效电路O理求教学难点应用戴维宁定解电路某一支路的电流O施教学措课堂讲授•■O教学内容*•戴维宁定理的内容一种具有独立电压源,线形电阻和受控源的一端口,对外电路来是说可以用一种电压源和电阻的串联组合等效置换,此电压源的电压等于端口的开路电压,电阻等于一端口的所有独立电源置零后的输入电阻
二、推导证明过程运用置换、叠加定理来证明戴维宁定理设一线性二端口含源网1络与负载相连,如图所示,负载是任意的,可认为纯电阻,也可以含电源,也可以是线性的a也可以是非线性的由于二端口网络的伏安特性与外接负载无关,故我们可设想在外接一种电流源的前提下去求网络两端的电压从而得到其伏安特性I U1由置换替代定理,我们可以把一种电流源置换本来的负载见图由叠加定理可以懂2bo3得,端之间的电压是由电流源单独作用在端产生的电压令内所有独立源置Da,b UI Da,b N零见图与网络内的独立源单独作用在端口产生的电压另为零,即电流源开路见c Na,b I图的代数和,用公式表达,这个式子就是线性二端网络伏安特性的一般形式,d U=Uoc-RabL它与一种由实际电源对外供电时的端电压的数学体现式完全同样U以上推理阐明,就网络的两端而言,含源二端网络可以用一种电压源和一种电阻串联的4N支路来等效,其电压源电压为串联电阻为为从看进去的等效电阻Uoc,Req,Req a,b图戴维宁定理4-4
三、诺顿定理根据电压源一串联电阻电路与电路源一并联电阻电路的等效互换原理及对偶原理可得出诺顿定理,其内容如下一种含独立电源,线性电阻和受控源的一端口,对外电路来说可以用一种电流源和电导并联组合等效变换此电流等于该一端口的短路电流,电导等仪把该一端口所有独立源置零后的输入电导[例]:例题4-4略]O例]:4-5表达,用公式表达即单位国际单位安培其他单位毫安,微安2A mAM1mA=1x10-3A,1|jA=1x10-6A参照方向电流的参照方向可以任意指定,分析时若参照方向与实际方向一致,3则反之i0i0o图电流的参照方向1-2表达措施一般用箭头表达,也可以用双下标表达,如4i ABo电压的参照方向2定义电压有时亦称电位差,电路中、两点间的电压表达单位正电荷由点转移到1a ba b点时所获得或者失去的能量,用符号表示,用公式即u单位国际单位伏特;其他单位千伏毫伏2VKV,mV1KV=1x106V,1mV=1x10-3V参照方向电压的参照方向也可以任意指定,分析时若参照方向与实际方向一3致,则反之u0,u0o图・电压的参照方向表达措施一般用箭头表达,也可以用双下标表达,如;134uAB也可以正+、负-极性表达,正极指向负极的方向即为电压的参照方向非关联参照方向3对于一种元件来说假如指定流过元件的电流的参照方向是从标以电压正极性的一端指向1负极性的一端,即两者的参照方向一致,则把电流和电压的这种参照方向称为关联参照方向;反之称为非关联参照方向书图P41-4对于某一电路部分来说电流的参照方向自电压的正极性端流入电路,从负极性端流2i u率和能量§1-3电功功率的概念;功率的性质教学目的掌握电能和电功率的性质判断元件吸取或发出功率教学重占・用功率的性质课堂讲授教学难点内容教学率计算的必要性教
一、能出,两者参照方向一致,因此是关联参照方向,反之为非关联参照方向电路在工作状况下伴随有电能与其他形式能量的互相互换,此外,电气设备、电路部件自身均有功率的限制,在使用时要注意其电流值或电压值与否超过额定值,过载会使设备或台匕目匕部件损坏或是不正常工作O、电台匕H匕••1定义w=—
2.单位:焦耳J功率—•一记为
1.定义=utit般p=uip=O功率的性质2§4-4最大功率传播定理教学目的学习最大功率传播定理;掌握传播效率O教学重点:最大功率传播定理O难教学点:传播效率O教学措施:课堂讲授O教学内容•*--、负载获得最大功率的条件通过定量分析,我们可以得到负载获得最大功率条件为即负载电阻与代氏等效电=Req,路的电阻相匹配
二、最大功率的传播定理内容由线性二端口网络传播给可变负载的功率为最大的条件是负载应等于代氏或诺顿等效电路的等效电阻最大功率为,且或
三、注意Pmax功率最大时,此时认为固定不变,可调.若可调,固定不变,则伴随
1.=Req,Req2Req Req减小,获得的功率增大,当时,负载获得最大功Req=O率Pmaxo.理论上,传播的效率,但实际上二端网络和它的等效电路就它的内部而言功率不等效,因此,3算得的功率一般不等于网络内部消耗的功率,即[例]:如图所示电路,Req$50%4-7求获得最大功率时的值;计算获得的最大功率;当获得最大功率时,求电压源产123生的电功率传递给的比例[解]:§4-5特学习特勒根定理教学目的特勒根定理教学重占特勒为根定理求解电路教学难教学点应用主,课堂讲授为辅措教施自学内容、学特勒根定理11内容
2.由KVL KCL推得
3.功率守衡
二、勒根定理21内容2推导
3.似功率定理§4-6教学目互易定互教学教学难点定理求解自学为主课堂讲授为辅教学容
一、互易的三种形式.互易定理的第一种形式11推导的第二种形式.互易31对于一种仅含线性电阻的电路,在单一鼓励下3的响应,当鼓励和响应互换位置时,其比值保持不变[例]如图(a)所示电路,求电流I[解]据互易定理,将鼓励和响应互换位置,如图)所示电路,求其电流11,即可得Io例题4-8§4-6对偶定理掌握对偶元素的概念教学目的O教学重点:常见对偶元素O对偶元素的互相转换教学难点O教学措施自学O教学内容••对偶元素对应关系可以互换常见对偶元素R L代氏树支电压串联开路网孔KVL uCCVS rGC并联短路结点诺顿连支电流KCL iVCCS g具有运算放大器的电阻电路本章简介运算放大器的电路模型;运算放大器在CH5理想化条件下的外部特性;以及具有运算放大器的电阻电路的分析;此外简介某些经典电路§5-1运算放大器的电路模型掌握念、教学目的运算放大器的概特性、电路模型O教学重点:运算放大器的特性、电路模型O难教学占・运算放大器的电路模型
八、、•O教学措施课堂讲授*教学内容•--、运算放大器简称运放是由许多晶体管构成,并能把输入电压放大一定倍数后再输送出的集成电路、电压倍数放电压大与输入也叫也压增益是输出电压的比值O运放的电路图形及符号—*、图实际运算放大器电路符号5-1四性友放的特、图运放外特性5-2五运放的电路模型图运放的电路模型5-3具有理想运算放大器的电路的分析§5-2教学目的掌握理想运算放大器的特性;具有运算放大器的电阻电路的分析教学重点用结点法分析具有运算放大器的电阻电路教学难点理想运算放大器两个规则的应用;经典电路分析教学措施课堂讲授教学内容
一、阐明理想运放在线性工作区域内,满足下列条件,则称为理想运放
1.;1Rin=°°;2Ro=03A=8O两条规则
2.倒向端和非倒向端的输入电流均为零,称为“虚断”1对于公共端地,倒向输入端的电压与非倒向端的电压相等,称为“虚短”注意“虚2地”的概念分析运放的措施3结点电压法;12KCL注对输出端结点不列写,因该点电流不定
二、常用理想运放电路同向比例放大器2•电压跟随器3*倒向加法器
4.分析••减法器55-2在负载与电子之间加一电压跟随器,阐明它在此电路中的作用,并求此时=[例[解]由规则I*分压公式;*由规则;II■*••无关,,负载的作用完全被隔离结论电压跟随器由于其输入电阻为巴因而具有隔离作用,同步也阐明它具有跟随的作CH6本章讨论可以用一阶微分方程描述的电路,重要是电路和电路,简介一阶电路的经典RC RL法,以及一阶电路的时间常数的概念还简介零输入响应、零状态响应、全响应、阶跃响应和冲激响应等等概述§6-1教学目的掌握过渡过程的概念、产生的原因;换路的概念;阶跃函数和冲激函数的特点及性质教学重点过渡过程、基本信号教学难点阶跃函数和冲激函数的性质教学措施课堂讲授教学内容-电路的过渡过程过程产生的原因由“换路”而引起的过程
3.换路开关的通断;电路的开、短路;线路构造突变;元件参数变化;鼓励源变化等等
4.51时域分析法:时间定义域范围里研究,即解微分方程析经典法;(CH
6、CH7))频域分法应用拉普拉斯变换一2运算法;CH133机助分析法:计算机辅助分析,由一组微分方程求解数值法理解经经典数波及质1恒)定量DC变数=K K为动量AC6-1过渡过程电路由一种稳态过渡到另一种稳态需要经历的过程,过渡过程也称为暂点过程
1.3阶跃函数•—1St2单位阶跃函数k=1单位延迟阶跃函数时刻发生跃变3t=to4性质“起始”任意一种函数ft见教材P142跃函数图6-2阶冲函数
4.脉脉冲函数1阐明换路时刻;换路前最终时刻;
2.t=0t=02单位3性质以分解为两个阶跃函数图6-3脉冲函数
5.冲激函数⑴二Kb2K6t-to表达强度为K,发生在t=to处的冲激函数位冲3单激函数分性质5tC6t的筛与见教pt材P145t关系关5t系讥与t6-4冲激函§6-2换路定律与教学目的掌握换路定律和初值稳态值的计算教学重点换路定律公式求初值及稳态值容律内容若ic为值,贝U换,Uc q若UI为有限值,则换路前后il,ip保持不变理想电路公式
3.Uc0+Ucil0+=il0-换路后最初时刻t=0+q0+=q0-qj0+=ip0-
二、初值的计算意义经典法中确定积分常数1求初值的措施2求与1ilUc将电容视为开路;电感视为短路;求与由换路定律;求2il0+Uc0+Uc0+=Uc0-,il0+=il0-3ic0+,Uc0+及其他元件上的电压,电流将电容当作电压为的电压源,电流当作电流为的Uc0+il0+电流源[例1]:如图所示电路,换路前电路已处在稳态,求换路后、US=10V,R1=4Q,R2=6Q,C=4pF,uC
1、的初始值uR1uR2图例题6-5[解]:由于换路前电路已处在稳态,电容可视为开路,则iC=0,由换路定律可得画出时的电路如图所示,电容可用电压源来替代由图可求得t=0+uC0+=6V[例2]如图所示的电路,已知换路前已处在稳态,US=10V,R1=
1.6kQ,R2=6kQ,R3=4kQ,L=
0.2H,求换路后的、的初始值iL uL6-6例题解]于换路前电路已处在稳态电感可视为短路,则uL=0,由换路电感可用电流源来替代由图可求得画出时的电路如图所示,iL0+=
1.5mAt=0+零§6-3的物教的阶电路零输响应理概念和渡过程应教重点响般式响教点入课的讲难解O教措容学授教学所谓RC电路的零输入,是指无电源鼓励,输入信号为零在此条件下,由电容元件的初始值作用下所产生的电路响应,称为零输入响应
二、电路的零输入响应uC0+RC定性分析1在换路前,开关合在的位置上,电源对电容元件充电,到达稳态时,在时,将S1uC=U t=0开关从位置合到位置,使电路脱离电源,输入信号为零,此时,电容元件上的电压初S“1”“2”始值在时,电容元件通过电阻开始放电定量分析t0R
2.根据列出时的电路微分方程KVL,t0上式为一阶常系数线性齐次微分方程令它的通解为代入方程中并消去公因子得出该微分方程的特性方程其特性根为因此,式中为A该微分方程的通解为确定,即分常数,由电路的初始条件代入上式得因此波形
3.可见,uC的变化曲线如图6-8所示曲线电压图6-8电容放电时电为电路放电过程中电容RC放电电流电容在放电时,其电压随时间按指数规律衰减,它的初始值为衰减终了为零U,上两式中的负号表达放电电流的实际方向与图中的参照方向相反画出了、随时间变化i uR的曲线电路的零输入响应的时间常数
4.RC令由于它具有时间的量纲,单位是秒,因此称为电路的时间常数电压衰减的快慢决定RC uC于电路的时间常数当时,电容上电压值为可见时间常数为电容电压衰减到初始值的
0.368倍所需要的时间RC零输入响应一般公式.能量分析略6-3例]*教材P151应RL电路的零输入响定性分析在换路前,开关S是合在“1”的位置上,电感元件中通有电流,在t=0时将开关从“1”的位置合到“2”的位置,使电路脱离电源,RL电路被短路此时,电感元件已储有能量,R消耗定量分析得*据KVL*上式得和代入上式为一阶线性常系数齐次微分方程其特性方程••解为因此,微的通确定由初始电路的零输入响应为R L••电路的时间常数上式中,令也具有时间的量纲,称为R L应为uL、uR的响昭
八、、性与参极性相响应4RL零输入的一般能分5•旦里析]所求、、随时间而变化的曲线如图所示为负值表达此时电感元件的实际电压极i uLuR uL图是用伏安法测电感线圈的电阻RL的电路,电路稳定期,读电流表的读数为4A,电压表的数为已知电流表的内阻为电压表的内阻为10V RA=
0.05Q,电感RV=10kQ,L=5H若开关在时打开,求电感电流在、时的值;的体现式,并画出其波形S t=01iL t=0-t=0+iL例电压表上的电压在时的值;的体现式,并画出其波形[解]:2uV t=0-t=0+uV换路前,电路已稳定,则有1电路的时间常数为电流响应其波形如图所示C2由换路前稳定电路得由时的等效电路得t=0+这样电压表要烧画时的等效电路如图t=0+b6-11坏,为此,应在电压表两端并联一续流二极管如图D,d o§6-4阶电路电路的零状的物理态的响应教学目的掌握一阶零状态响应概念不fl过渡过程O电压响应其波形如图所示在换路瞬间电压表电压从突变到c uV10V40kV,零应-教学重点状态响一般公式O响应教学难点零状态的求解•*O*堂教学措施课讲授O*教学内容••
一、定义所谓电路的零状态,是指换路前电容元件未储有能量,即在此条件下,由直流电源鼓励RC所产生的电路响应,称为零状态响应
二、电路的零状态响应定RC1性分析在时,电路已经处在稳态,即电容的初始状态,当时,开关闭合,由换t0Uc0-=0,t=0S路定律时刻电容相称于短路,电源电压所有施加于电阻两端,Uc0+=Uc0-=o,t=0+U R此时电流到达最大值,伴随充电的进行,电容电压逐渐升高,充电电流逐渐减小,I0+=U/R,直到充电过程结束,电容相称于开路,电路进入稳态Uc=U,i=0,定量分析2根据得KVL而,代入上式得上式为一阶常系数线性非奇次微分方程,它的解由该方程的特解和对应的齐次方程的uC通解构成uC”始值开始随时间按指数规律逐渐增长RC响应的一般方程台匕目匕RL图示RL串联电路,开关S未闭合之前,由于电路开路,故电流,当S闭合接通直流电压特解,又称强制分量或稳态分量;通解,也称自由分量或暂态分量故微分方程的解为••此上若,贝U由初始条件代入式得因此,零状态响应中的电容电压的体现式为•波形分析3••电容电压随时间的变化曲线如图所示图中同步画出了稳态分量,和暂态分量〃的uC uC uC曲线暂态分量的大小随时间按指数规律逐渐衰减,直至消失电容电压从零初uCuC源后,电路将产生零状态响应由于换路前电感元件未储有能量,当开关闭合瞬间,S*•2定量分析**根据K VL得和*又由代入上式得*它是一阶常系数线性非齐次微分方程,它的通解为其中为特解,即稳态分量或强制分量,显然,为通解,即暂态分量或自由分量,它的解为对应的奇次微分方程的解因此,由初始条件可确定则零状态响应电流为同样,是电路的时间常数愈小,过RL渡过程进行的就愈快时间常数正比于反比于变化电路的或值,可以影响过渡过L,R RL程的快慢大概通过的时间,过渡过程已基本结束在电感电路的零状态响应4-5中,电感和电阻电压为
3.波形分析■、uL、uR随时间变化曲线如图所/J\o:I4RL状态响应的-般公式••零*能量分析略5■•[例]书P153•[解]略•--阶电路的全响应§6-5响应的物理程教学目的掌握一一阶电路全概念和过渡过教学重3:全响应一般公式
八、、O教学难点全响应的求解•*O元件的电压和电流取关联参照方向时1p=ui元件的电压和电流取非关联参照方向时2p=ui功率守恒吸发3ZP=OZP=ZP功率单位瓦特
3.W1KW=1x103W[例]:已知某元件两端的电压为点电位高于点电位,电流的实际方向为自点到点,其u5V,A BA B值为试确定该元件是吸取功率还是发出功率?[解]:2A o设、为关联参照方向,且均与实际方向一致,即则1u iu0,i0o u=5V,i=2A,P=ui=5x2=10W元件吸取功率010W设、为非关联参照方向,且电流参照方向与实际方向一致,电压参照方向与实际参照方2u i向相反,即则元件吸取功率u0J0o u=-5V,i=2A,p=ui=-5x2=-10W0,10Wo自己思索图例题1-4电路元件§1-4教学目的掌握三种基本电路元件的特性;理解电源的两种类型及特点;掌握受控源的概念教学重点基本电路元件的特性;电压源和电流源的特点;受控源控讲容1定义
2.单位:欧姆Q,千欧KQ兆欧MQ1MQ=1x106Q1KQ=1x103Q,特性3V-A书P71-
64.电压与电流关系u=Ri;电阻是无记忆元件与初始值无关O5路书1-8P8台匕量6功目匕元有源元件和无源元件能向电路网络提供能量的元件为有源元件;吸取电源能量,1并将这些能量转化为其他形式或将它储存在电场或磁场中的元件为无源元件从功率角度前者发者吸取功关联参照因此电阻是无源P=ui=Ri2=u2/R0耗;元西G=电导定义
2.单位:国际单位:法拉F;其他单位:微法pF,皮法PF,1JF=1X10-6F1PF=1x10-12F.当一种非零初始状态的一阶电路受到鼓励时,定义:电路的响应称为全响应应二状零公RC全例书P1536-15]法的要概阶法0+002式[例]图示的电路中,当时,开关闭合,电路接通直流电源开关闭合前电容没有储能t=0S图题6-161求初始uC0i0+由于换路前电没有储uC0uC0+=0画如所示,则t=0求效电uCgi°°路据此出oo试用三要素法求换路后电容电压⑴和电源支路的电流并绘出其变化曲线uC it,求时间常数T o4求电容uC⑴和it6-17可见,用三要素法来计算一阶电路的过渡过程,不必列写和求解微分方程,比较简朴,一阶路,法含CS求一关T节2o1求0+等o2路后o3ooo4求o5代入公式P140例[例]教材6-5阶跃响应一阶§6-6电路的念和理概过渡过程教学目的掌握一阶电路阶跃应的物O--般公式教学重点O阶跃响应应的求解教学难点阶跃响O堂讲授教学措O施课容*教学内*位阶跃函单数
一、单位阶跃函数,延迟响应公式见例电P1496-2路解][跃求如图所示的单位阶]1[素运用要概念指一阶电路在唯一的单位阶跃鼓励下所产生的零状态响应
1.§6-7教学目的掌握-一阶电路冲激响应的物理概念和过渡过程:冲激响应一般教学重点公式教学难点:冲激响应的求解教学措施课堂讲授教学内容阶电路的冲激3单位冲激函数延迟单位冲激函冲激响6-2[解]-%-45306-%-%-42524-%-%-42692-%-1-
93.Q-V特压性•书P10图••于*
4.电与流关系电由令to=0时刻起则=qto+于是或是记utO+者*电容有忆元件9O和5功率能量*u,i取关联参照方向;吸取功率,电容是无源元件O;电容是储能元件WC u2t-cu2-°°O电流⑴i
三、电[解定
1.单位亨利毫亨,微亨件H,mH uH,1mH=1x10-3H,1uH=1x10-6HL=^PL/
2.-I特性书P13图1-11电压和电流关系,电感感应定律[例]:在的电容器的两端,加上波形如图所示的电压源求在电容中通过的C=
0.4uF ut,;电感是有记忆性元件i=形.功和能量吸取功关联;率,无源元件Li2t0-2t1=WLt2-WLg储能元件[例]:在的电路的两端,加上波形如图所示的电压源求在电感中流过的电流L=1H ut,it的波形设t=0,i0=0[解]当时10ta时at2a31占・/、、、•的端电压是定植或与流过的电流无关;1-6
②它的电压是由其自身确定的,流过它的电流是任意的,且该电流由与其相联接的外电路1-7电分析时压源的4)
③它既可以对外电路提供能量,也可以从外电路接受能量,这视电流方向而定占・
八、、•
①它所发出的电流是定值或一定的时间函数,且与两端的电压无关;
②它的电流是由其自身确定的,它两端的电压是任意的,且该电压由与其相联接的外电路图1-8电3分析时电流源的4)五
③它既可以对外电路提供能量,也可以从外电路接受能量,这视电压极性而定所分类2受控源是通过受控支路来计算的功率的功率
3.霍§1-5教夫尔应教夫课律教电教授教本概支和1-91是种串
2.结接为
3.回路支路构成的闭合称为回路
4.前者只考虑元件的电压、电流等电路量,而后者是考虑电路量之间关系集总与分布:的性参定律1)KCL1推导如图为集总电路中的一种结点与该结点相接各支路的电流分别为i
1、i
2、描述受控源即非独立电源,它的电压(电流)受同一电路中其他支路的电压或电流
1.串联(看电流)但凡流过同一种电流的电阻,它们的联结方式为串联设为结点处的电荷,、、分别为上述支路的电荷由于结件i3,q q1q2q3设有两个二端网络N1与N2,如图示N1由几种电阻R1,R2,Rk,....Rn串联而N2ReqKCoL对N1来说,它的安特性为u=R1i+R2i+...+Rki+...RniKVL即u=R1+R2+..+RK+..+Rni点是理想导体的汇合点,不也许积累电荷因此,由电荷守对N2来说,它的伏安特性为u=Reqi若Req=R1+R2+...+RK+...+Rn,则N1与N2的伏安特性完全相似,这时N1与N2是等效的o条件其恒定律知Req=R1+R2+...+RK+…+Rn分压式3项u2=R2iu1=R1i1-10…uk=...un=RniRki
(2)结论KCL可表述为在集分压公总电路中,,,任何时刻,对任一结点,所有流出结点的2支图2-
11.并联:(看电压)但凡电阻两端是同一种电压的电阻,它们的联接方式为并联.效件2不种电组如即对N1KCLi=i1+i2+…+ik+…+in也成形说N2N N212-2电阻混联的联接方式为题串联又有并联的电联.例例1]P342-1书图2-4所示电路求各流2]2-3解§2-3接和△教学目的学习Y形连接和△形连接电阻电路之间的等效变换措施教学重点△变换公式教学难点电桥平衡;用丫-△等效变换化简电阻电路Y-教学措施课堂讲授内容图2-4电桥电
二、丫-△等效变它们的对应端子之间具有相似的电压、等效变换条件假如在图示的两电路中,
321.U23031,而流入对应端子的电流分别相等,即i1=i1,i2n213n3,在这种条件下,它们、此彼Y-2-5Y-形连接电KCL形连接由KCL及KVL得II由等效条件,无论U
12、u23及u31为何值均有i1=i1,,i2=i2,i3=i3,,于是I、H对应,则有纳为电-Y阻=△电阻=尤其的若形连接或△形连接的三个电阻相等,即YR1=R2=R3=RY△或R12=R23=R31=R=3RY]RY=2-6
三、T形网络与n形网
1.Y形网络又称为T形网△形网络又称为形网
2.n形网络与△形网络的等效互换完全相似Y解形网络与形网络的等效互换和
3.T n§2-4电压源、电流源的串联和并联教学目的掌握两种电源的串、并联等效变换O教学重点两种电源的串、并联O难点电压源的并教学联和电流源的串联O教学措施课堂讲授O教学内容••、电压源的串联。
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