版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請進(jìn)行舉報(bào)或認(rèn)領(lǐng)
文檔簡介
1、電工電子技術(shù)上篇 電工技術(shù)緒論理論課學(xué)時(shí): 電工技術(shù)30學(xué)時(shí), 電子技術(shù)42學(xué)時(shí)。總計(jì)88學(xué)時(shí),其中理論課72學(xué)時(shí),實(shí)驗(yàn)課16學(xué)時(shí)。 電工學(xué)-電子技術(shù)。 電工學(xué)-電工技術(shù),本課程包括兩部分內(nèi)容: 電 工 學(xué)在學(xué)習(xí)中,同學(xué)們應(yīng)注意基本概念、基本電路、基本分析理論,基本知識(shí)和基本技能,為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。通過本課程的學(xué)習(xí),獲得關(guān)于電子學(xué)方面必要的基本方法的掌握。第一章 電路的基本概念與基本定律1.1電路及電路模型一.電路 電路就是電流通過的路徑,以手電筒為例:圖1-1E實(shí)際電路元件電路模型開關(guān)電池電珠 又如擴(kuò)音機(jī),其電路示意圖為:圖1-2二.電路的作用1.電能傳輸與轉(zhuǎn)換。 2.信號的傳遞與處
2、理。三.電路的基本組成 以手電筒為例,包括: 電源: 電池,提供能量。負(fù)載: 電珠, 把電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量(光能)。 開關(guān): 控制電路通或斷。導(dǎo)線: 筒體, 輸送和分配電能。第(1)頁1.2 電流、電壓及其參考方向一.電流及參考方向帶電粒子向一個(gè)方向移動(dòng)形成電流。帶電粒子如電子(帶負(fù)電荷)、離子(可帶正或負(fù)電荷)、空穴(帶正電荷)。 電流由其大小與方向來描述。1.電流的大小 用電流強(qiáng)度來表示,定義為單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量。即:(1-1)圖1-3dtdqi is在電工技術(shù)中有時(shí)采用比安培更大的單位千安培(KA),電子技術(shù)中則采用小電流的單位,如毫安(mA),微安( ),納安(nA
3、)。電流強(qiáng)度的單位是安培(A)。當(dāng)dq = 1C,dt = 1S,則i=1A。(1-2)(1-2) tqI 式(1-1)可改寫為:如果電流不隨時(shí)間變化, = 常數(shù), 這種電流稱為直流,這時(shí),dtdquA 2.電流的方向 電流的實(shí)際方向正電荷運(yùn)動(dòng)的方向規(guī)定為電流的方向,負(fù)電荷形成的電流其方向與運(yùn)動(dòng)方向相反。圖圖1-41-4如圖1-4, 帶電極板使電荷運(yùn)動(dòng),電荷形成的電流方向?yàn)樽訟到B,這就是電流的實(shí)際方向。+ 電流的參考方向在較復(fù)雜的電路中,某支路ab其實(shí)際電流方向在求解前往往很難判斷.但描述電路元件性質(zhì)和連接方式規(guī)律的公式的列寫都與電流的方向有關(guān)為此在進(jìn)行分析之前,我們必須給各支路的電流圖1-
4、5一個(gè)假定的正方向用箭頭表示,稱為電流的參考方向,也稱為假定方向。第(2)頁電流的參考方向AB電流的實(shí)際方向?qū)⒏鶕?jù)求解后電流數(shù)值的正負(fù)以及電流的參考方向來決定,電流的大小由電流數(shù)值的絕對值來表示。如圖1-5中,若求解結(jié)果 i = 5A,則表示該支路電流大小為5A,方向由a到b,若i = -5A,則表示這段電路中的電流大小為5A,方向?yàn)橛蒪到a。解:(a) 電流i為正值,說明實(shí)際電流方向與參考方向一致,電流的真實(shí)方向?yàn)橛蒩到b;(b) 電流i為負(fù)值,說明實(shí)際方向與參考方向相反,電流的真實(shí)方向?yàn)橛蒪到a。例1-1 指出 圖1-6 ( a ), ( b)中電流的真實(shí)方向,電流參考方向圖1-6已用箭頭
5、表示在圖上。a aAi2 bab bAi3 注意:如果參考方向事先沒有給定,也就無法根據(jù)電流的正負(fù)確定實(shí)際電流方向。此外,電流方向除了用箭頭表示外,還可以用雙下標(biāo)表示,如圖1-5中電流可表示為Iab。3.電流的分類電流大小與方向均不變的稱為直流(DC);大小與方向均隨時(shí)間而改變的稱為交流(AC);除此以外,亦有方向不變而大小隨時(shí)間而變;或者大小不變,而方向隨時(shí)間而變的電流,常稱為脈沖電流。如圖1-7(c)及(d)所示:it tiiit tt tt tI( (a a) )直直 流流( (b b) )交交 流流( (c c) )單單 向向 脈脈 沖沖( (d d) )雙雙 向向 脈脈 沖沖圖1-7
6、第(3)頁箭頭來表示瞬時(shí)電流的實(shí)際方向,這時(shí),標(biāo)出電流參考注 意:對交流講,其方向隨時(shí)間而變,在電路圖上無法用一個(gè)方向只是一種理論上的分析方法,目的僅在于確定各電壓電流的相對關(guān)系.二.電壓及參考極性1.電壓電壓就是單位正電荷從電路中的一點(diǎn)移至另一點(diǎn)時(shí)電路所吸收或放出的能量。若為吸收能量則稱為電壓降; 若為放出能量則稱為電壓升,電壓升就是負(fù)的電壓降。dqdwu (1-3)應(yīng)該指出,有時(shí)“電壓”一詞就是指電壓降用u表示。即:式中dw為電路吸收的能量;dq為通過的電荷。一庫侖的正電荷被電路吸收的能量若為一焦耳,則該電路的電壓降為一伏特。2.電壓參考極性電路中某兩點(diǎn)a、 b間,在某一時(shí)刻的電壓可能是電
7、壓降,也可能是電壓升。這一情況,在求解之前也是不知道的,但描述電路元件性質(zhì)和連接方式的公式的列寫也是與這個(gè)電壓的極性有關(guān)的, 所以,在作電路分析之前,我們也必須給出一個(gè)假定的電壓降方向,用“+”、 “-”號表示,“+”號表示高電位端,“-”表示低電位端,稱為電壓的參考極性。如圖1-8所示:圖1-8電路中兩點(diǎn)間電壓的真實(shí)極性由求解所得電壓數(shù)值的正.負(fù)以及電壓的參考極性來確定。如圖1-8中,若u = 5v則表示a, b兩點(diǎn)間電壓的大小為5v,且a點(diǎn)是高電位端,b點(diǎn)是低電位端,a到b有5v的電壓降;若u = -5v,則a, b兩點(diǎn)間電壓為5v,但b點(diǎn)是高電位端,或說a到b有5v電壓升。第(4)頁解:
8、由于則當(dāng) (1)dq=1C,dw=5J時(shí),(2)dq=1C,dw=-5J時(shí), dqdwu Vdqdwu515 Vdqdwu515 該元件的能量變化為5J(焦耳),求電壓u 若:(1)電荷為正,該元件為吸收能量;(2)電荷為正,該元件為放出能量。 例1-2 在圖1-9中,1C(庫侖)電荷通過某電路元件時(shí),圖1-9 例1-3 指出圖1-10(a),(b),(c)中所示元件電壓的真實(shí)極性。解: 圖1-10中所示元件的電壓的真實(shí)極性為: (a) a點(diǎn)為高電位端; (b) b點(diǎn)為高電位端; (c) 不能確定,因?yàn)闆]有給出參考極性。應(yīng)該指出,電壓的參考極性除了用+,-號表示外,還可用所謂雙下標(biāo)法表示,如U
9、ab即表示假定 a點(diǎn)為高電位端,b點(diǎn)是低電位端。圖1-10a ab ba ab ba ab b(a)(b)(c)+ +- -+ +- -2V-3V4V三.關(guān)聯(lián)參考方向一個(gè)元件的電流參考方向和電壓參考極性的假定都是任意的。為了方便,也為了防止混亂,常采用關(guān)聯(lián)參考方向的標(biāo)示方法,把電壓電流方向一致起來。圖1-11如圖1-11所示。電流i與電壓u參考方向一致時(shí)稱為關(guān)聯(lián),否則就是非關(guān)聯(lián)。關(guān)聯(lián)的參考方向:一個(gè)元件當(dāng)它的電流參考方向假定以后,其電壓的參考極性就不再任意假定了,而一定是把電壓降的方向取為電流的參考方向;或當(dāng)它的電壓的參考極性被假定以后,其電流的參考方向就不再任意假定了,而一定是把電流的參考方
10、向假定為與電壓降的方向一致。在圖1-12中標(biāo)示的u和i的參考方向下,對元件B而言,其電壓、電流的參考方向是關(guān)聯(lián)的;而對元件A而言,其電壓、電流的參考方向是非關(guān)聯(lián)的。例1-4 考察圖1-12所示兩電路元件.圖1-12第(5)頁關(guān)于四端網(wǎng)絡(luò)電壓電流方向的規(guī)定。 1I2I1U2U四端網(wǎng)絡(luò)四端網(wǎng)絡(luò)圖1-13abcdE四.電位而電路中其它各點(diǎn)對該點(diǎn)的電壓就稱為相應(yīng)點(diǎn)的電位。參考點(diǎn)的電位規(guī)定為零。在電路中,特別是在電子電路中,選擇一個(gè)點(diǎn)作為參考點(diǎn),如圖1-13中,若選d點(diǎn)為參考點(diǎn),則a、 b、c各點(diǎn)的電位為由電壓和電位的概念可知,電路中某兩點(diǎn)的電壓一定等于該兩點(diǎn)間的電位之差,如在圖1-13中cdcuu b
11、dbuu adauu baabuuu caacuuu 在電子儀器中通常選取公共接地點(diǎn)或儀器的外殼作為參考點(diǎn),在電路圖中 符號 或 表示,必須指出,各點(diǎn)電位的大小和正負(fù),與所選參考點(diǎn)有關(guān),而某兩點(diǎn)之間的電壓卻與參考點(diǎn)無關(guān)??梢?不管電位參考點(diǎn)選在何處,燈上電壓 將均為+10V。對于(a), 對于(b), VuB5 VuC10 VVVuuuACCA10010 VuA5 VuC5 VVVuuuACCA10)5(5 CAu 例1-5 如圖1-14所示。圖1-145V燈燈E1E2ABC+ +- -+ + +- - -5V燈燈E1E2ABC+ +- -+ + +- - -(a)選選A點(diǎn)為參考點(diǎn),點(diǎn)為參考點(diǎn)
12、,UA=0V (b)選選B點(diǎn)為參考點(diǎn),點(diǎn)為參考點(diǎn),UB=0V五.電 動(dòng) 勢由電源E和外電路R構(gòu)成的電流通路。在電源兩極板電場的作用下正電荷從電極a經(jīng)外電路R 流向電極b,流經(jīng)R 時(shí),正電荷放出能量,而外電路R吸收能量。電荷的移動(dòng)使電極a正電荷減少,電位逐漸降低,電極b因正電荷 的增多,電位逐漸升高,其結(jié)果是a和b兩電極的電位之差逐漸減小,電流亦逐漸減小。為了維持電流的持續(xù)性,電源應(yīng)該產(chǎn)生外力(電源力),把正電荷從電源負(fù)極(低電位處)電磁力又由熱或機(jī)械力轉(zhuǎn)化而來。對于發(fā)電機(jī)這種電源力是電磁力,在電池中這種電源力就是化學(xué)力,重新送到電源正極(高電位處)。圖1-15第(6)頁設(shè)電源力把電荷q 從電源
13、極板b移動(dòng)到極板a,所做的功為w ,則電源電動(dòng)勢E定義為(1-4)dqdwE 若電源力把1庫侖正電荷從電源負(fù)極移動(dòng)到電源正極所做的功為1焦耳,該電源的電動(dòng)勢等于1伏特。 電源電動(dòng)勢的方向規(guī)定為在電源內(nèi)部由低電位端指向 高電位端,即為電動(dòng)勢升高的方向。1.1電路及電路模型電路基本概念與術(shù)語元件 element , cell電路 circuit網(wǎng)絡(luò) network模型 model小結(jié) 一個(gè)實(shí)際電源除了包含電動(dòng)勢E,還包含內(nèi)電阻R0, 如圖1-16所示.圖1-16+ + - -E電源電源0R1.2 電流、電壓及其參考方向 電流二要素:大?。◤?qiáng)度)與方向電流強(qiáng)度 電流實(shí)際方向(正方向)的規(guī)定電流方向的
14、表示方法: (a)箭頭表示:形象 (b)電流數(shù)值前 符號表示:便于列式 計(jì)算(必須先設(shè)假定方向,又稱參考方向) (c)下標(biāo)表示:便于用英文字母表示dtdqi 一.電流及方向 IAI2 RIAI2 RIRababI注意: 符號僅表示方向,不表示加與減 方向的假定是任意的,不影響結(jié)果 一旦方向假定以后,不得中途變更 二.電壓及極性1.電壓大小(電壓降)dqdwqwu VmVVkV ,2.電壓的極性表示 下標(biāo)表示下標(biāo)表示箭頭表示箭頭表示符號表示符號表示RI RI uR V10abVUab10 VUba10 第(7)頁3.電壓參考極性 若某兩點(diǎn)間電壓極性系未知,為了確定其實(shí)際極性,可先 假定極性,再根
15、據(jù)計(jì)算結(jié)果電壓數(shù)值前的 與 號來確定 實(shí)際電壓極性。 Rabu假定極性計(jì)算結(jié)果 VVu11RabV1RabV1(實(shí)際極性)(實(shí)際極性)單位時(shí)間內(nèi)某電路所吸收或放出的能量稱為該電路的功率。若dt時(shí)間內(nèi),電路能量的變化為dw ,則定義電功率 ( 1-5)一個(gè)二端網(wǎng)絡(luò)所吸收或放出的功率與端電壓、電流的關(guān)系為 (1-6)當(dāng)p0為吸收功率,pXC , ,電流i比電壓u滯后 角,這種電路是電感性的;如果XLXC , ,電流i 比電壓u 超前角,這種電路是電容性的;如果XL=XC , ,電流 i 與電壓u同相,這種電路是電阻性的。*下面討論功率問題。瞬時(shí)功率這里,平均功率不為零的原因是電阻元件上要消耗電能。
16、平均功率 UICospdtTPT 01 tSintSinIUuipmm tCosCosUI2根據(jù)圖1-17(b)相量圖IRUUCosR 于是 UICosRIIUPR 2(3-20)000無功功率 UISinXXIIUUQCLCL 2 上式中括號內(nèi)取負(fù)號是考慮到 LU CU平均功率又稱“有功功率”,而式(3-20) 稱為“功率因數(shù)”。 乘積UI 稱為“視在功率”,用符號S表示,即UIS (3-22)解:(1) 40101273143LXL 現(xiàn)將幾種串聯(lián)電路中交流電壓與電流的關(guān)系列于表3-1。例3-5 在電阻、電感、電容元件相串聯(lián)的電路中,已知電源電壓 R=30 ,L=127mH,C=40F。(1
17、)求感抗、容抗和 阻抗;(2)求電流的有效值I與瞬時(shí)值i的表示式;(3)求各部分電壓的有效值與瞬時(shí)值的表示式;(4)作相量圖;(5)求功率P和Q。 20t314Sin2220u V(3-21)相位相反.第(28)頁COS(2)AZUI4 . 450220 AtSintSiniarctgRXXarctgCL7331424 . 4532031424 . 4)(53308040 電電容容性性 (3) VtSintSinuVIXUVtSintSinuVIXUVtSinuVIRUCCCLLLRR17314235290733142352352804 . 41633142176907331421761764
18、04 . 4733142132132304 . 4 508040308010403141122226CLCXXRZCX (4)相量圖如圖3-18所示。 LU RU CU U LU CU172073 I圖3-18(5) 534 .4220 CosUICosP W8 .5806 .04 .4220 534 .4220 SinUISinQ )(4 .774)8 .0(4 .4220電電容容性性Var 例3-6 試用相量(復(fù)數(shù))計(jì)算上例中的電流 。 I解:220 UV20 504030804030 jjXXjRZCL 534.4535020220 ZUIA73CLRUUUU 顯然例3-7 有一RC電路
19、圖3-19(a),R=2K ,C=0.1F。輸入端接正弦信號源,U1=1V, f=500Hz。(1)試求輸出電壓U2,并討論輸出電壓與輸入電壓間的大小與相位關(guān)系;(2)當(dāng)將電容C改為20F時(shí)求(1)中各項(xiàng);(3)或?qū)㈩l率f改為4000Hz時(shí),再求(1)中各項(xiàng)。 解:(1) KfCXC2 . 33200101 . 050014. 321216 58)6 . 1(22 . 354. 0227. 027. 077. 3177. 32 . 32212222arctgarctgRXarctgVIRUmAZUIKXRZCC 1U I 2URC(a) 1U 2U CU I58(b)圖3-19 電路圖C=0.
20、1ufF=500HZ時(shí)相量圖(2)RXC 16102050014. 32160,0,21620001222 CUUUKZ 電壓與電流的相量圖如圖3-19(c)所示。 1U 2U I(c)(d) 2U 1U CU I11.3圖3-19%54154. 012 UU電壓與電流的相量圖如圖3-19(b)所示,比 越前58。 2U 1UC=20uff=500HZ時(shí)相量圖C=0.1uff=4000HZ時(shí)相量圖第(29)頁(3) KXC4 . 0101 . 0400014. 3216 3 .112 . 024 . 098. 0249. 049. 004. 2104. 24 . 02222 arctgarct
21、gVIRUmAIKZ %98198. 012 UU電壓與電流的相量圖如圖電壓與電流的相量圖如圖3-19(d)所示所示, 比比 越前越前11.3。 2U 1U3.5 阻抗的串聯(lián)與并聯(lián)阻抗的串聯(lián)與并聯(lián)一一.阻抗的串聯(lián)阻抗的串聯(lián) 2U I 1U U2Z1Z(a)a)阻抗的串聯(lián)阻抗的串聯(lián)(b)(b)等效電路等效電路 UZ I圖圖3-20根據(jù)克希荷夫電壓定律的相量形式根據(jù)克希荷夫電壓定律的相量形式 ZIZZIZIZIUUU 212121式中式中21ZZZ 稱為串聯(lián)電路的等效復(fù)數(shù)阻抗。稱為串聯(lián)電路的等效復(fù)數(shù)阻抗。 jeZXXjRRZ 2121其中其中 221221XXRRZ 2121RRXXarctg ,
22、二二.阻抗的并聯(lián)阻抗的并聯(lián) I U2Z1Z(a)(a)阻抗的并聯(lián)阻抗的并聯(lián)(b)(b)等效電路等效電路 UZ I 1I 2I圖圖3-21根據(jù)克希荷夫電流定律的相量形式根據(jù)克希荷夫電流定律的相量形式ZUZZUZUZUIII 21212111 令 稱為等效復(fù)數(shù)導(dǎo)納,ZY1 式中 (3-23) 21111ZZZ Z是并聯(lián)電路的等效復(fù)數(shù)阻抗。則 (3-24)21YYY LjXRZ 式中 稱為電導(dǎo), 稱為 感納,而2ZRG 2ZXBLL LLLLLjBGZXjZRXRjXRjXRZY 222211對于電阻與電感串聯(lián)的支路,如圖3-22所示。ZBGYL122 稱為該支路的導(dǎo)納。RjxLZ圖3-22第(30
23、)頁CjXRZ CCjBGZXjZRZY 221對于電阻與電容串聯(lián)的支路,如圖3-23所示2ZXBCC 式中 稱為容納。電導(dǎo)、感納、容納及導(dǎo)納的單位都是西門子(S)。 當(dāng)圖3-22與圖3-23兩支路并聯(lián)時(shí),如圖3-24所示, 圖3-23RjxCZ U IjxCZjxLR1R2圖3-24則并聯(lián)電路的阻抗jBGY 21111ZZZ LjXRZ 11CjXRZ 22CjBGY 22L11jBGY 21GGG CLBBB 21YYY 再寫成 CLBBjGGjBG 21即可見,阻抗并聯(lián)時(shí),采用復(fù)數(shù)導(dǎo)納運(yùn)算較為簡便??梢娎?-8 已知圖3-24電路兩支路參數(shù)為, 431jZ 682jZ電源電壓 .試求 :
24、 、 、 VU0220 1I 2I I 535431jZ10682 jZ 37解:(1)用復(fù)數(shù)阻抗計(jì)算 684337105352121jjZZZZZ 5 .2647. 45 .1018.1116502111650j圖3-25 例3-8圖 U Ij6j4 I1 I2 44535022011 ZUIA53 電壓與電流的相量圖如圖電壓與電流的相量圖如圖3-26所示。所示。 AZUI37223710022022 2 .495 .2647. 40220 ZUIA5 .26 圖圖3-26 * (2)用復(fù)數(shù)導(dǎo)納計(jì)算用復(fù)數(shù)導(dǎo)納計(jì)算2 . 05351111 ZYS53 SZY371 . 037101122 22
25、4. 05 .2647. 411 ZYS5 .26 注注:亦可由式亦可由式 求總導(dǎo)納求總導(dǎo)納于是于是:2 . 0022011 YUI53 44 53 371 . 0022022 YUI22 375 .26 224. 002202 YUI2 .49 5 .26 21YYY 因因12. 0253433222111 ZRG16. 0254211 ZXBL16. 012. 011jjBGYL 所以所以08. 010082222 ZRG06. 01006222 ZXBC又因又因06. 008. 02jY 所以所以:224. 0224. 01 . 02 . 05 .2621 jejYYY5 .26 于是于
26、是第(31)頁3.6 交流電路的頻率特性 在電子技術(shù)和控制系統(tǒng)中,經(jīng)常要研究在不同頻率下電路的響應(yīng)。含有電容、電感的電路當(dāng)激勵(lì)信號的頻率改變時(shí)(即使電源電壓的幅值不變),由于元件電抗的改變,電路中電流和各部分電壓(響應(yīng))的大小和相位也隨著改變。這種響應(yīng)與頻率的關(guān)系稱為電路的頻率特性或頻率響應(yīng)。前面幾節(jié)所討論的電壓和電流都是時(shí)間的函數(shù),在時(shí)間領(lǐng)域內(nèi)對電路進(jìn)行分析,稱為時(shí)域分析。下節(jié)則是在頻率領(lǐng)域內(nèi)對電路進(jìn)行分析,稱為頻域分析。 一.RC串聯(lián)電路的頻率特性 1.低通濾波器 電路如圖3-27所示,而它的相量圖為圖3-28。 2U I 1URC RURC低通濾波器低通濾波器圖3-27RCjUCjCjR
27、UCjIU 1111112電路輸出電壓或?qū)懗奢敵雠c輸入電壓之比令 稱為傳遞函數(shù)則(3-25) RCjUU 1112 12UUjT 21111RCRCjjT T RCarctg = 低通濾波器相量圖低通濾波器相量圖表示T 隨 變化的特性稱為幅頻特性,如圖3-29(a)所示。表示 隨 變化的特性稱為相頻特性,如圖3-29(b)所示。兩者統(tǒng)稱頻率特性。從幅頻特性可以看出,該電路低頻信號較易通過而抑制高頻信號,故稱“低通濾波器”。根據(jù)式(3-26)式中傳遞函數(shù)的幅值 (3-26) 21211RCUUT 傳遞函數(shù)相角 (3-27) RCarctg 0.7070.7070 00 0(a)(a)(b)(b)
28、 1 14 2 低通濾波器的頻率特性低通濾波器的頻率特性圖3-29當(dāng) =0時(shí),T()=1,()=0;=時(shí),T()=0, ; 2 角頻率 稱為截止角頻率。 40 時(shí),RC10 707. 0210 T,由于 ,這種電路又稱為滯后網(wǎng)絡(luò)。 0 02.高通濾波器圖3-30(a)是電路圖,(b)是對應(yīng)的相量圖。 高通濾波器的輸出電壓電路傳遞函數(shù)11211URRCjCjRCjRURIU圖3-30(a) 2U I 1U CU高通濾波器高通濾波器R圖3-30(b) 高通濾波器向量圖高通濾波器向量圖 2121RCRCUUjT TRCarctg 2 (3-28)式中幅頻響應(yīng) 2121RCRCUUT 相頻響應(yīng) RCa
29、rctg 2(3-29)(3-30)第(32)頁高通濾波器的頻率特性如圖3-31所示。0.7070.7070 00 0(a)(a)(b)(b) ( ( ) ) 1 14 2 高通濾波器的幅頻響應(yīng)(a)高通濾波器的幅頻響應(yīng)(a)與相頻響應(yīng)(b)與相頻響應(yīng)(b)圖 3-31根據(jù)式(3-29)及式(3-30)=時(shí),T()=1, ()=0 ;當(dāng) =0時(shí),T()=0,; 707. 0210 T,40由圖3-31(a)可見,上述電路具有使高頻信號較易通過而抑制較低頻率信號的作用,故稱“高通濾波”,而 這種電路又稱為超前網(wǎng)絡(luò)。 時(shí),RC10 而 2 03.串并聯(lián)電路RC串聯(lián)部分的阻抗 CjRCjCjRZ 1
30、13RC并聯(lián)部分的阻抗 RCjRCjRCjRZ 1112輸入電流 231ZZUI輸出電壓為 RCRCjUURCjRCjRCjRCjRZIU 131111122 2U I 1U2ZRR3Z串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)CC圖3-32傳遞函數(shù) RCRCjT131(3-31)如令 ,則上式變?yōu)镃 10 由此可得RC串并聯(lián)電路的頻率特性如下: 200231 T幅頻特性(3-32) 0031jT相頻特性 300 arctg如圖如圖3-33所示。所示。圖圖3-33RRCC+-+- 1U 2U0.11010.1101(a)幅頻響應(yīng)幅頻響應(yīng)(b)相頻響應(yīng)相頻響應(yīng) 30 0 0 60 90 6090300.10.20.3
31、0.4 RC串、并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)RC串、并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng) T 00j31TRC10 第(33)頁1.串聯(lián)諧振 U ULUc IUR=(a)(b)(c)Imax LR|Z|IC 1(a)阻抗與電流等隨頻率變化的曲線阻抗與電流等隨頻率變化的曲線(b)恒壓電源激勵(lì)時(shí),電流諧振曲線恒壓電源激勵(lì)時(shí),電流諧振曲線(c)串聯(lián)諧振時(shí)的向量圖串聯(lián)諧振時(shí)的向量圖00圖3-34(a)是感抗XL、容抗XC、復(fù)數(shù)阻抗的模|Z|與頻率的關(guān)系曲線;圖3-34(b) 是輸入電壓一定(即恒壓源激勵(lì))時(shí),串聯(lián)電流I與頻率的關(guān)系曲線,稱為諧振曲線。 RLC串聯(lián)諧振回路串聯(lián)諧振回路 U I圖3-17(a)根據(jù)3.4節(jié)所述
32、,R ,L, C元件串聯(lián)電路的總復(fù)數(shù)阻抗 jCLeZXXjRZ 圖3-34二二. .、R R、L L、C C的串、并聯(lián)的串、并聯(lián)對照這兩張圖,我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)XL=XC ,即 (3-33) 時(shí),|Z|變得最小,|Z|min=R,I達(dá)到最大,而且 ,CL 1 RUIImax0 電壓 與電流 同相。我們把電路的這種狀態(tài)稱為諧振。因?yàn)槭谴?lián)電路,故稱為串聯(lián)諧振。串聯(lián)諧振時(shí)電路的相量圖為圖3-34(c)。 U ILC10 (3-34)RLC電路發(fā)生串聯(lián)諧振時(shí)具有下列特征:(1)串聯(lián)電流達(dá)到最大值Imax。(2)由于=0,電路對電源呈現(xiàn)電阻性,電源供給的電能全部 消耗在電阻上,電源與電路不發(fā)生能量互換,能量的
33、互換 只發(fā)生在電感與電容之間。根據(jù)式(3-33)可得出發(fā)生串聯(lián)諧振的條件是0(3)由于XL=XC ,電感與電容上的電壓UL=UC ,但相位相反, 相互抵消,因此電源電壓 RUU(4)串聯(lián)諧振時(shí)LLLXRUIXU CCCXRUIXU 在電子學(xué)中,一般電阻R并不是單獨(dú)的電阻元件,而是包含在實(shí)際電感線圈中的損耗能量的電阻,而且RU。因?yàn)榇?lián)諧振時(shí),電感(或電容)上的電壓UL(或UC) 可能超過電源電壓許多倍,所以串聯(lián)諧振又稱為電壓諧振。通常用Q表示UL(或UC)與U之比值,即RLCRUUUUQLC001 (3-35)Q稱為電路品質(zhì)因數(shù)或簡稱Q值。圖3-35是諧振曲線與品質(zhì)因數(shù)Q的關(guān)系。LC電路的諧振
34、特性在無線電工程中被用來選擇有用頻率的信號,而盡量地抑制干擾。 顯然,Q值越大,選擇性越好。 I0Q大大Q小小不同Q值時(shí)的諧振曲線不同Q值時(shí)的諧振曲線圖3-352.并聯(lián)諧振圖3-36是電容器與線圈并聯(lián)的電路。其中,R是一個(gè)等效電阻,包括電感線圈本身的銅阻,線圈磁性材料的損耗以及電容器的介質(zhì)損耗等。并聯(lián)電路的復(fù)數(shù)阻抗: RCjLCLjRLjRCjLjRCjZ 2111(3-36)圖3-36iuCLRiCiL并聯(lián)諧振回路并聯(lián)諧振回路Z第(34)頁 LCjLRCRCjLCLjZ 1112(3-37)LjCjRCL 11111 由上式得右面的等效電路CLZURCLLICI0IIcjU 0ZULjU 實(shí)
35、際方向?qū)嶋H方向討論: 當(dāng)LC 1,Z呈容性LC 1當(dāng)Z呈感性,LC1當(dāng) ,Z為純電阻 通常 LR,則 當(dāng) ,即 時(shí),電路發(fā)生并聯(lián)諧振。LC 1 LC10 并聯(lián)諧振具有下列特征: (1)由式(3-37)并聯(lián)諧振時(shí),電路阻抗|Z|達(dá)到最大, RCRLRCLLRCZ2020011 (3-38)|Z0|稱為并聯(lián)諧振阻抗。 因此在激勵(lì)電壓U一定時(shí),電流 I 將在諧振時(shí)達(dá)到最小值: 0min0ZURCLUIII 圖3-37表示阻抗諧振特性及恒壓源激勵(lì)下的電流諧振曲線。 (2)電源電壓 與電流 同相,=0,因此,電路呈電阻性。 (在電子技術(shù)課程中,常將并聯(lián)諧振阻抗|Z0|用符號Re表 示), 圖3-38是相
36、量圖。 U I 0并聯(lián)諧振曲線并聯(lián)諧振曲線|Z|Z0|Imin圖3-37圖3-38 UILIcI0并聯(lián)諧振時(shí)的向量圖并聯(lián)諧振時(shí)的向量圖I(3)并聯(lián)諧振時(shí),各并聯(lián)支路的電流 LULRUIL0202 CUCUIC001 總電流 QILURZUIL 2000 QIRCUZUIC 2000 或?qū)懗?可見,諧振時(shí)兩個(gè)并聯(lián)支路的電流近于相等,而比總電流大Q倍,因此,并聯(lián)諧振也稱為電流諧振。 第(35)頁(4)如果并聯(lián)電路改由恒流源激勵(lì),發(fā)生并聯(lián)諧振時(shí),由于 |Z0|最大,電路兩端電壓達(dá)到最大,如圖3-39所示。在 電子技術(shù)中,同樣可以利用LC并聯(lián)電路的諧振特性選擇 有用信號并抑制干擾。Q值越大,選擇性越好
37、。 I0Q大大Q小小不同不同Q值時(shí)的并聯(lián)諧振曲線值時(shí)的并聯(lián)諧振曲線CLR U sI圖3-39U 表表3-1正弦交流電路中電壓與電流的正弦交流電路中電壓與電流的關(guān)系關(guān)系一般關(guān)系一般關(guān)系相位關(guān)系相位關(guān)系大小關(guān)系大小關(guān)系復(fù)數(shù)式復(fù)數(shù)式電路電路RLCR、L串聯(lián)串聯(lián)R、C串聯(lián)串聯(lián)R、L、C 串聯(lián)串聯(lián) U I0 U I90 U I0 I 0 U I90 U第四章 三相交流電1. 關(guān)于三相交流電大型發(fā)電,輸配電系統(tǒng),均采用三相制。大型交流電動(dòng)機(jī)也是三相制。 三相交流電有A、B、C三相,它們的相量關(guān)系如圖3-1所示。 AU BU CU( (火線火線)( (火線火線)( (火線火線)(中線中線) AU BU CU
38、圖 3-1ABCN在低壓配電系統(tǒng)中,相電壓(火線與中線之間的電壓) ,線電壓(火線與火線之間的電壓) ,其相量關(guān)系如圖3-2所示。VUp220VVUl3802203lUpU30圖 3-22. 負(fù)載的聯(lián)接如果電器設(shè)備屬于單相制,額定電壓為220V時(shí),應(yīng)接在火線與中線之間,額定電壓為380V,則應(yīng)接在火線與火線之間。當(dāng)電器設(shè)備采用三相制時(shí)(如三相電機(jī)等),設(shè)備的三個(gè)端第(36)頁鈕均應(yīng)接火線。具體聯(lián)接形式(型或Y型),在電器設(shè)備標(biāo)牌上均有說明。對于對稱的三相負(fù)載,流過中線的電流為零,因而可以省去中線。第五章 非正弦周期電流的電路5.1 非正弦周期量的分解 矩形波,鋸齒波,整流波,脈沖波以及語言,音
39、樂,圖象,數(shù)據(jù)等電信號均屬于非正弦周期波形。圖5-1中電阻兩端的電壓u是直流E0與正弦交流電e1的疊加:tSinRERERuim 10 顯然,電壓u不是純粹的正弦周期電壓,由此產(chǎn)生的電流tSinEEeEum 1010 也不是純粹正弦波,而是單向電流。(a)i0EuR1e1e0Eut0(b)圖5-1圖5-2(b)是二個(gè)不同頻率正弦波的疊加 tSintSinu 3314圖5-2(c)是三個(gè)不同頻率正弦波的疊加波形 tSintSintSinu 5513314圖5-2(d)是四個(gè)不同頻率正弦波的疊加波形 tSintSintSintSinu 7715513314我們再看圖5-2(a)是一個(gè)純粹的正弦波t
40、Sinu 4 Sin411110000 tSintSin 3314 2 2 2 2tttt tf(a)(b)(c)(d) tSintSintSin 5513314 tSintSintSintSin 7715513314圖5-2正弦波的合成由此可見,非正弦周期信號是若干個(gè)正弦波信號(有時(shí)亦包括直流)按不同幅度疊加的結(jié)果。反過來,一個(gè)非正弦周期量也可以分解為直流,基波及各次諧波。設(shè)周期函數(shù)為f(t),其角頻率為,則由高等數(shù)學(xué)中傅里葉三角函數(shù)展開公式可知 221102 tSinAtSinAAtfmm 10kkkmtkSinAA 式中22kmkmkmCBA kmkmkBCarctg 20021tdtf
41、A 201ttdSinktfBkm 201ttdCosktfCkm第(37)頁例5-1 圖5-3中有四種非正弦周期信號,現(xiàn)分別對它們進(jìn)行波形的分解。0mUut 20mUut 2 20mUut 0mUut 2 4(a)矩形波矩形波(c)鋸齒波鋸齒波(b)三角波三角波(d)全波整流波形全波整流波形圖5-3 非正弦周期量(a)對矩形波進(jìn)行分解 200021tudA 201ttduSinkBkm CoskkUm 12 kUm40 為為偶偶數(shù)數(shù)k 為為奇奇數(shù)數(shù)k 2001ttduCoskCkm由此求出 ,3, 1 ,0kkmtSinkBu tSintSintSinUm5513314此分解結(jié)果,正好印證了
42、圖5-2(d)波形疊加所得出的結(jié)論。各頻譜分量的幅度表示在同一頻率軸上,便得圖5-4所示頻率圖。 4 34 54 74 3 5 7圖5-4 矩形波頻譜圖 (令Um=1)對于圖5-5所示開關(guān)函數(shù),同樣可以分解為 tCostCostCostK 552332221)(1 1112122121nntnCosn 圖5-5 開關(guān)函數(shù)10t tK 1(a)單向開關(guān)函數(shù)單向開關(guān)函數(shù)1t tK 2(b)雙向開關(guān)函數(shù)雙向開關(guān)函數(shù)-1 tCostCostCostK 55433442 11121241nntnCosn (b)三角波分解 tSintSintSinUum 52513918228 298 2258 圖5-6
43、 三角波頻譜圖令(Um=1)(c)鋸齒波分解 tSintSintSinUum 331221121圖5-7 鋸齒波頻譜圖(令Um=1) 1 1 1 1 第(38)頁(d)全波整流波分解 tCostCosUum 415223212 24 4 圖5-8 全波整流波頻譜圖(令Um=1)5.2 非正弦周期信號激勵(lì)下線性電路的響應(yīng) 如前節(jié)所述,一個(gè)非正弦周期信號可以看成是直流與各次諧波的疊加,因此,線性電路對非正弦周期信號的響應(yīng)就是電路對這些信號(直流及各次諧波)的響應(yīng)的疊加。線線性性電電路路 tiuR線線性性電電路路 tiR0u1u2u圖5-9 非正弦信號激勵(lì)下線性電路的響應(yīng)設(shè)u0,u1,u2,是u分解
44、后所得各電壓分量,即 210uuuu而這些電壓分量單獨(dú)作用該線性電路所得輸出電流分別為i0,i1,i2, i3,則根據(jù)疊加原理,在非正弦周期信號激勵(lì)下,該線性電路總的輸出電流為 210iiii因此,計(jì)算非正弦周期信號激勵(lì)下線性電路的響應(yīng),步驟如下:(1)將非正弦周期信號分解成傅里葉級數(shù),從而得到直流及各 次正弦諧波分量。(2)分別計(jì)算直流及各次正弦諧波分量單獨(dú)作用時(shí),電路的響 應(yīng)。(3)將所得電路的響應(yīng)(電壓或電流)疊加起來,即為所需的 結(jié)果。注意:不同頻率的正弦量的相加,必須用三角函數(shù)式或正弦波 形來進(jìn)行,不能用相量圖或復(fù)數(shù)式。因?yàn)楹髢煞N方法是 對同頻率的正弦量而言的。 例5-1 已知圖51
45、0輸入電壓u為非正弦周期電壓 185204536018040 tSintSintSinu V基波角頻率 502 Srad ,求電路響應(yīng)(電流i)。解:運(yùn)用疊加原理(1)直流分量:因?yàn)殡娐酚须娙菰?,故直流響?yīng)電流I0=0(2)基波: 1261221CLRZ (電電容容性性)3 .8511 RCLarctg 43. 1111 ZUImmA第(39)頁(3)三次諧波: 10313223CLRZ 03133 RCLarctg 6333 ZUImmAuiR 10H05. 0LF 5 .22C圖5-10 RLC串聯(lián)電路對 非正弦電壓的響應(yīng)(4)五次諧波:2 .51515225 CLRZ 8 .78515
46、5 RCLarctg (電感性)39. 0555 ZUImmA所以電流為5310iiiIi A 8 .60539. 045363 .8543. 1 tSintSintSin 第六章 電路的暫態(tài)分析6.1 換路定則及初始值的確定 圖6-1電路根據(jù)開關(guān)的位置不同,有二種可能的穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)開關(guān)S處于1的位置,電路最終達(dá)到下列穩(wěn)定狀態(tài)(第一種穩(wěn)定狀態(tài)):電容上沒有電荷。一、穩(wěn)態(tài)與暫態(tài)一、穩(wěn)態(tài)與暫態(tài)01 u02 cuu0 i當(dāng)開關(guān)S處于2的位置,電路最終達(dá)到下列穩(wěn)定狀態(tài)(第二種穩(wěn)定狀態(tài)):Uu 10 i(因電容元件不能通過直流電流)0 RuUuuc 2電容上儲(chǔ)存有電荷 Q=CU圖6-1CRiS2u1uR
47、uU12 顯然,當(dāng)開關(guān)S的位置發(fā)生變化時(shí),電路將從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€(gè)穩(wěn)定狀態(tài),這種轉(zhuǎn)變往往不能躍變,而是需要一定的時(shí)間,經(jīng)歷一個(gè)過程,這個(gè)物理過程就稱為過渡過程,又稱暫態(tài)過程。 暫態(tài)過程的產(chǎn)生是由于物質(zhì)所具有的能量不能躍變而造成的。例如當(dāng)S處于2的位置時(shí),電容元件儲(chǔ)有電能 ,如果開關(guān)S由2轉(zhuǎn)向1,電能不能躍變,這反映在電容上電壓uC不能躍變,過渡過程就是使電容上的電能向電阻逐步泄放,最終電能耗盡達(dá)到第一種穩(wěn)定狀態(tài)。221CU第(40)頁 當(dāng)開關(guān)由位置1變?yōu)槲恢?時(shí),電容上的電荷同樣需要一個(gè)積累過程,是電源U0的電能向電容C逐步充電,最終達(dá)到第二種穩(wěn)定狀態(tài)。與電容元件相似 ,作為儲(chǔ)能元件的
48、電感,其上的能量同樣不能突變。圖6-1CRiS2u1uRuU12 設(shè)t=0為換路瞬間,以t=0-表示換路前的終了瞬間,t=0+表示換路后的初始瞬間。從t=0-到t=0+瞬間,電感元件中的電流不能躍變,電容元件上的電壓不能躍變,這稱為換路定則,用公式表示,即: 開關(guān)位置的變動(dòng),電路的接通,切斷等統(tǒng)稱為換路。(6-1)二、換路定則 換路定則僅適用于換路瞬間,根據(jù)換路定則可以確定t=0+時(shí)電路中電壓和電流之值,即暫態(tài)過程的初始值。)(i)(iLL 00)(u)(uCC 00三、初始值的確定 步驟如下:1.由t=0-的電路求出 或 。 2.根據(jù)式(6-1)及t=0+的電路,求出其他電 壓和電流的初始值
49、。)(iL 0)(uC 0 例6-1 對于圖6-2的電路,試確定開關(guān)S閉合后的初始瞬間電壓 uc , uL 和電流iL , ic , iR 及 is 的初始值。假設(shè)S閉合前電路已處于穩(wěn)態(tài)。圖6-2 例6-1的電路mA10SiRiCiLi K2 K1 K2uSCL解:電路分析: S閉合前瞬間,直流恒流源電流僅流經(jīng)R支路與L支路,電容支路不允許直流通過,C可以認(rèn)為開路,而L對 直流可以認(rèn)為短路, R支路與L支路所含電阻值均為2K ,故iR=iL=10mA/2=5mA,支路端電壓u=5mA 2K=10V。電容上電壓10V。R因而 根據(jù)圖6-3(a),在S閉合前瞬間( t=0- ) iS = 0 ,
50、iC = 0 , iR = iL = 5mA uC = uR = 5mA 20K= 10V , uL = 0再根據(jù)t=0-的值及圖6-3(b)的電路,可求出S閉合后瞬間( t=0+ ) 畫出t=0-瞬間的等效電路如圖6-3(A)所示。 圖6-3m A1 0SiRiCiLi K2 K1 K2S RuCuLu)S(0t )a(閉 閉 合 合 前 前電 電 路 路 m A1 0SiRiCiLi K2 K1 K2S RuCuLu)S(0t )b(閉 閉 合 合 后 后電 電 路 路 CLiS=15mA , uL = -10V iC = -10V/1K=-10mA,uC = 10V , iL = 5mA
51、,iR = 0第(41)頁 S閉合后瞬間,各電壓電流的實(shí)際方向及數(shù)值,如圖6-4所示: 注意:由以上計(jì)算可以看到,電感元件中的電流iL是不能突變的,但其電壓uL可以躍變,電容元件上的電壓uC不能突變,但其電流iC可以躍變,而純電阻元件其電壓uR與電流iR均可突變,因?yàn)殡娮柚幌碾娔?,不?chǔ)存電能。圖6-4 t=0+ 瞬間各電壓電流的實(shí)際方向 mA10SiCiLimA15mA5mA10 CuLu V10V10V10V105mA6.2 RC電路的響應(yīng)一.RC電路的放電過程假設(shè):換路前S放于位置2,電路已處于穩(wěn)定狀態(tài),電源對C充電至uC=U,在t=0時(shí)S從2合到位置1,電容C即經(jīng)R開始放電。下面求 根
52、據(jù)克希荷夫電壓定律及圖6-5(a) 假定電流方向,t0時(shí)的電路方程為 iR + uC = 0 或 (6-2)0 CCudtduRC令式(6-2)的通解為 (6-3) 代入式(6-2)可得特征方程RCP + 1 = 0 故ptCAeu RCp1 圖6-5RC電路的放電CRiSCuRuU12t=0RSCuRu12 放i放放電電電電路路)(a時(shí)刻,放電電流方向時(shí)刻,放電電流方向 0)(tb tuc 式(6-3)變?yōu)椋?(6-4) 由于t=0+時(shí) ,uC = U , 因而 A=U 這樣 式(6-4)變成: (6-5)tRCCUeu1 tRCCAeu1 這就是電容C對R 放電的方程 。t0+電路的實(shí)際電
53、流電壓方向如圖 6-5(b)所示。放電曲線如圖 6-6 所示。令 則式(6-5)又可寫成 (6-6) tCUeu RC UCuRuit-URU 放電曲線圖6-6式中 稱為該RC電路的放電時(shí)間常數(shù) 放電的快慢,決定于時(shí)間常數(shù)的大小, 越大,放電愈慢,如圖 6-7所示。圖6-7 中, 2 1 ,在一定的初始電壓U下,C 越大,儲(chǔ)存的電荷愈多,電阻R愈大,放電電流愈小,這都使放電時(shí)間延長。放電速度與時(shí)間常數(shù)的關(guān)系圖6-7Cut 12 21第(42)頁例6-2 設(shè)開關(guān)閉合前電路已處于穩(wěn)態(tài)。 t = 0 將開關(guān)閉合,試求 t0時(shí) 電壓 uC及電流 iC ,i1 , i 2333216 CuV在t 0時(shí)
54、,S閉合,C 電容上電荷經(jīng)2及3 放電。放電時(shí)間常數(shù):66106105)32(32 S于是放電電壓方程:t =0+ 時(shí),電容上電壓解: t=0-時(shí),t.tCeeu56107110633 V5 . 232323 ViCA3V,uC SCuU1i 2iCiV6 1 2 3F 50 t圖6-8例6-2圖 CiCV3 2 31i2i圖6-9t=0+瞬間圖6-8的等效電路,電流為實(shí)際方向我們把無電源激勵(lì),輸入信號為零的條件下,電路的響應(yīng)稱為零輸入響應(yīng)。討論RC電路的放電過程就是研究電路的零輸入響應(yīng)。本節(jié)討論的暫態(tài)過程有如下特點(diǎn): 1. 外界輸入激勵(lì)電源為零。2. t0+電路的響應(yīng)(電壓或電流)僅由于電容
55、元件(儲(chǔ)能元件)的初始狀態(tài)uC(0+) 不為零所產(chǎn)生。 故電容放電時(shí)的電流方程:t.Ce.i5107152 At.Ceui5107123 At.Ce.ui510711512 A二. RC電路的充電過程假定在換路前瞬間(t=0-),電路中所有儲(chǔ)能元件均未儲(chǔ)有能量,我們把電路的這種初始狀態(tài)稱為零狀態(tài)。 下面討論的RC電路的充電過程就是分析RC電路的零狀態(tài)的響應(yīng)。假設(shè)換路前,電路已處于穩(wěn)定狀態(tài),t = 0時(shí),將開關(guān)S從1合向2,電源U經(jīng)R對C充電,根據(jù)克希荷夫電壓定律, 列出t0時(shí)的電路方程:CRiSCuRuU12t=0圖6-10 RC充電CCCudtduRCuiRU (6-7)式(6-7)的通解有
56、兩個(gè)部分:1.特解uC2.補(bǔ)函數(shù)uC設(shè)uC= k,代入式(6-7)kdtdkRCU 得 k=U于是特解uC= U可見,特解就是uC最終的穩(wěn)態(tài)值。補(bǔ)函數(shù)是齊次微分方程0 CCudtduRC(6-8)的通解。令ptCAeu 代入式(6-8)得特征方程式01 RCp第(43)頁則RCp1 再令 RC則 tCAeu 因此,式(6-7)的通解為(6-9) tCAeUu 圖6-11是充電曲線。根據(jù)換路定則, t=0+時(shí),uC=0,則A=-U,于是充電電壓方程 ttCeUUeUu 1(6-10)圖6-11充電曲線UCuRuitRUiRuCu,全響應(yīng)是指電源激勵(lì)和儲(chǔ)能元件的初始狀態(tài)uC(0+)均不為零時(shí)電路的
57、響應(yīng),也就是零輸入響應(yīng)與零狀態(tài)響應(yīng)兩者的疊加?,F(xiàn)在討論圖6-12的暫態(tài)過程。與圖6-10不同,圖6-12中在換路瞬間(t=0- ),電容上已儲(chǔ)有電能,因而屬于非零狀態(tài)。我們注意到充電時(shí),電容上電壓(即式(6-10)包含兩項(xiàng),第一項(xiàng)U是穩(wěn)態(tài)分量,第二項(xiàng) 是暫態(tài)分量。 tUe 三. RC電路的全響應(yīng)充電電流 tCeRUdtduCi (6-11)電阻電壓 tRUeiRu (6-12)UUA 0所以電壓方程 tCeUUUu 0(6-13)假定t=0- 瞬間uC(0-)=U0,描寫 S閉合后電路的暫態(tài)過程仍然是方程式(6-9),但起始條件不同,確定積分常數(shù)A時(shí),應(yīng) 根據(jù)換路定則,在非零狀態(tài)下, t=0+
58、時(shí)uC=U0 ,則電容上電壓的變化如圖6-13所示。0UCRSCuRuU12t=0 u圖6-12圖6-13非零狀態(tài)下,RC電路的暫態(tài)過程如果把式(6-13)改寫為 ttCeUeUu 10方程右邊第一項(xiàng)是零輸入響應(yīng),第二項(xiàng)是零狀態(tài)響應(yīng),足以證明電路全響應(yīng)是這兩種響應(yīng)的疊加。UCut0U0 00)(UUa 電電源源對對電電容容充充電電UCut0U0 00)(UUb 電電容容對對電電源源放放電電第(44)頁一.基本術(shù)語1.穩(wěn)態(tài)與暫態(tài)2.換路:電路狀態(tài)或結(jié)構(gòu)的突然變動(dòng)3.時(shí)間概念:.,00t0-即暫態(tài)過程的起始點(diǎn)換路后瞬間換路前瞬間換路發(fā)生的時(shí)刻tt4.換路定則: 換路前后,電感中電流不能突變,電容上
59、電壓不能突變。小結(jié))0()0()0()0(ccLLuuii即意義:可用來確定暫態(tài)過程的初始值-0t 0t暫態(tài)過程 起點(diǎn)終點(diǎn)起始值t穩(wěn)態(tài)值穩(wěn)態(tài)值二.暫態(tài)過程分析步驟 1.根據(jù) 的電路,確定 0t)0(u)0(c及Li 0t2.根據(jù)換路定則,確定 時(shí)的起始值 0t3.根據(jù) 電路,列微分方程,求解,得暫態(tài)過程的 數(shù)學(xué)表達(dá)式。三.RC電路的放電過程Uutc)0(0 電路,求出)0()0(0ccuut電路,)0(cutRCcccUeuudtduRC1)4(0:) 3(求解得列微分方程)0(cuCRUR放i(1)(2)式中 RC:時(shí)間常數(shù) U:電容上電壓起始值第(45)頁6.3 微分電路與積分電路 本節(jié)討
60、論在矩形脈沖激勵(lì)下,RC電路中的充放電過程,以及RC時(shí)間常數(shù)對輸出波形的影響。一.矩形脈沖CRiS2u1uRuU12圖6-14 矩形脈沖的產(chǎn)生我們把圖6-10電路重畫于圖6-14中。假定原先開關(guān)S在位置 1,在t=0時(shí)刻S合到位置2,RC電路與電源接通;在t=t1時(shí),再將S合到位置1,切斷電源。這樣,RC電路輸入端電壓u1的波形便是圖6-15所示,它是矩形脈沖電壓。(但是在實(shí)際應(yīng)用中,可以采用專門的脈沖波發(fā)生器,產(chǎn)生脈沖幅度為U,脈沖寬度為tp,脈沖周期為T的脈沖波)。U01upt1tt圖6-15 RC電路輸入脈沖波形如圖6-16所示,當(dāng)該電路參數(shù)滿足條件:RC1 (6-14)ptRC 且時(shí),
溫馨提示
- 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
- 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
- 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會(huì)有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
- 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
- 5. 人人文庫網(wǎng)僅提供信息存儲(chǔ)空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
- 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
- 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。
最新文檔
- 2025年消防設(shè)施檢測與維保服務(wù)合同5篇
- 2025年度安置房質(zhì)量保證合同書3篇
- 2025年水泥制品環(huán)保技術(shù)轉(zhuǎn)移合同3篇
- 2025年度高空墜落防護(hù)HSE施工安全協(xié)議3篇
- 二零二五年房產(chǎn)銷售代理與廣告宣傳協(xié)議3篇
- 二零二五年鮮活水產(chǎn)品運(yùn)輸與質(zhì)量監(jiān)管協(xié)議3篇
- 2025年度免租金停車場租賃合同模板
- 2025版棋牌室三方合作協(xié)議-創(chuàng)新管理與行業(yè)規(guī)范4篇
- 2025年污水處理站污水處理設(shè)施設(shè)備租賃與維修合同3篇
- 2025年度留學(xué)簽證擔(dān)保與資金證明服務(wù)合同3篇
- 公司組織架構(gòu)圖(可編輯模版)
- 1汽輪機(jī)跳閘事故演練
- 陜西省銅川市各縣區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政村村莊村名居民村民委員會(huì)明細(xì)
- 禮品(禮金)上交登記臺(tái)賬
- 普通高中英語課程標(biāo)準(zhǔn)詞匯表
- 北師大版七年級數(shù)學(xué)上冊教案(全冊完整版)教學(xué)設(shè)計(jì)含教學(xué)反思
- 2023高中物理步步高大一輪 第五章 第1講 萬有引力定律及應(yīng)用
- 青少年軟件編程(Scratch)練習(xí)題及答案
- 浙江省公務(wù)員考試面試真題答案及解析精選
- 系統(tǒng)性紅斑狼瘡-第九版內(nèi)科學(xué)
- 全統(tǒng)定額工程量計(jì)算規(guī)則1994
評論
0/150
提交評論