《課后習(xí)題及答案》PPT課件.ppt

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1、第 2 章 電 路 的 暫 態(tài) 分 析,,返 回,上一頁,第2章 基本要求 1、了解電路的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài),激勵(lì)和響應(yīng); 2、掌握理解儲(chǔ)能元件的電壓電流關(guān)系、儲(chǔ)能特性和在穩(wěn)態(tài)直流電路中的作用; 3、理解電路的換路定律; 4、了解用微分方程式法求電路響應(yīng),理解儲(chǔ)能元件的放電和充電規(guī)律; 5、了解時(shí)間常數(shù)的意義; 6、了解初始值、穩(wěn)態(tài)值和時(shí)間常數(shù)的計(jì)算方法,掌握三要素法。,2.1.(1)理想電阻元件與直流電源接通時(shí),有沒有過渡過程?這時(shí)電阻中電壓和電流的波形是什么樣的? 【答】無過渡過程。電阻中電壓和電流的波形為階躍波(設(shè)接通電源時(shí)刻為t=0 ,則電壓、電流波形如圖)。,第 2 章 電 路 的 暫 態(tài)

2、分 析,,,,,,,(a),(b),,返 回分析與思考,下一頁,上一頁,上一題,下一題,2.1.(2)階躍電壓和直流電壓的波形有什么區(qū)別? 【答】直流電壓的數(shù)學(xué)表達(dá)式為 u(t) =U,波形如圖(a);階 躍電壓的數(shù)學(xué)表達(dá)式為 ,波形如圖(b) 。,第 2 章 電 路 的 暫 態(tài) 分 析,,,,,,,(a),(b),,返 回分析與思考,下一頁,上一頁,上一題,下一題,2.1.(3)含電容或電感的電路在換路時(shí)是否一定會(huì)產(chǎn)生過渡過程? 【答】不一定,若換路并未引起電容的電場(chǎng)能量或電感的磁場(chǎng)能量的變化則不會(huì)產(chǎn)生過渡過程。,第 2 章 電 路 的 暫 態(tài) 分 析,,返 回分析與思考,

3、下一頁,上一頁,上一題,下一題,2.2.(1)今需要一只 50 V,10 F 的電容器,但手頭只有兩只50V,5F 和兩只 30V,20 F 的電容器,試問應(yīng)該怎樣解決? 【答】可用二只 50V,10 F 的電容并聯(lián)或用二只 30V,20 F 的電容串聯(lián)。這樣,不僅總電容值滿足要求,而且每個(gè)電容的實(shí)際工作電壓亦滿足其各自額定工作電壓的要求。,第 2 章 電 路 的 暫 態(tài) 分 析,,返 回分析與思考,下一頁,上一頁,上一題,下一題,2.3.(1)可否由換路前的電路求 iC(0) 和 uL(0)? 【答】不可以。,第 2 章 電 路 的 暫 態(tài) 分 析,,返 回分析與思考,下一頁,上一頁,上一題

4、,下一題,2.4.(1)如果換路前電容 C 處于零狀態(tài),則 t = 0 時(shí),uC(0) = 0,而 t 時(shí), iC() =0,可否認(rèn)為 t = 0 時(shí),電容相當(dāng)于短路, t時(shí),電容相當(dāng)于開路?如果換路前C不是處于零狀態(tài),上述結(jié)論是否成立? 【答】換路前若電容C處于零狀態(tài),則 t = 0 時(shí), uC(0) =0 ,又 t 時(shí), iC() = 0 ,故可認(rèn)為 t = 0 時(shí)電容相當(dāng)于短路, t 時(shí)電容相當(dāng)于開路。而若換路前電容未處于零狀態(tài),則 uC(0) 0 ,電容不可視為短路,但 t 時(shí)仍有iC() =0 ,電容仍可相當(dāng)于開路。,第 2 章 電 路 的 暫 態(tài) 分 析,,返 回分析與思考,下一頁

5、,上一頁,上一題,下一題,2.4.(2)在 RC 電路中,如果串聯(lián)了電流表,換路前最好將電流表短路,這是為什么? 【答】由于 RC 電路換路瞬間電流發(fā)生突變,產(chǎn)生初始沖擊電流,故電路中若串聯(lián)了電流表,則最好在換路前將電流表短接,以免初始沖擊電流超過電流表的量程而將表損壞。,第 2 章 電 路 的 暫 態(tài) 分 析,,返 回分析與思考,下一頁,上一頁,上一題,下一題,2.5.(1)如果換路前 L 處于零狀態(tài),則 t = 0 時(shí), iL(0) = 0 ,而t 時(shí), uL() =0 ,因此可否認(rèn)為 t = 0時(shí),電感相當(dāng)于開路, t 時(shí),電感相當(dāng)于短路? 【答】可以。,第 2 章 電 路 的 暫 態(tài)

6、分 析,,返 回分析與思考,下一頁,上一頁,上一題,下一題,2.5.(2)如果換路前 L 不是處于零狀態(tài),上述結(jié)論是否成立? 【答】若換路前L未處于零狀態(tài),則 iL(0) 0 , t=0 時(shí)電感不能視為開路,而 t 時(shí),仍有uL(0) =0 ,即 t 時(shí)電感相當(dāng)于短路。,第 2 章 電 路 的 暫 態(tài) 分 析,,返 回分析與思考,下一頁,上一頁,上一題,下一題,2.6.(1)任何一階電路的全響應(yīng)是否都可以用疊加原理由它的零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)求得,請(qǐng)自選一例題試試看。 【答】可以。 例如圖(a)所示電路,換路前電路已穩(wěn)定,t0 時(shí)將開關(guān)由 a 端換接到 b 端,已知 US1=3V, US2=

7、15V, R1=1 k, R2= 2k, C=3 F ,求 uC。,第 2 章 電 路 的 暫 態(tài) 分 析,,返 回分析與思考,下一頁,上一頁,上一題,下一題,,第 2 章 電 路 的 暫 態(tài) 分 析,電容有初始儲(chǔ)能,且換路后有激勵(lì) US2 ,故響應(yīng)為全響應(yīng)??蓪⑵浞纸鉃榱爿斎腠憫?yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)的疊加,如圖(b)和(d),,,,,,,,,,,,,,,,(b),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(d),,返 回分析與思考,下一頁,上一頁,上一題,下一題,,第 2 章 電 路 的 暫 態(tài) 分 析,解零輸入響應(yīng)(圖(b) ),電容有初始儲(chǔ)能,則,換路后,電容向R1、 R2并聯(lián)電阻放電,電

8、路簡(jiǎn)化為圖(c) 。,時(shí)間常數(shù),,,,,,(c),,,,,,則,,返 回分析與思考,下一頁,上一頁,上一題,下一題,,第 2 章 電 路 的 暫 態(tài) 分 析,,,,,,,,,,(e),解零狀態(tài)響應(yīng)(圖(d) ),電容無初始儲(chǔ)能,換路后利用戴維寧定理電路可簡(jiǎn)化為圖(e),其中,時(shí)間常數(shù),,,根據(jù)全響應(yīng)零輸入響應(yīng)零狀態(tài)響應(yīng),有,則,,返 回分析與思考,下一頁,上一頁,上一題,下一題,2.6.(2)在一階電路中,R一定,而 C 或 L 越大,換路時(shí)的過渡過程進(jìn)行得越快還是越慢? 【答】RC電路中,RC ; RL電路中, 。當(dāng) R 一 定時(shí),C 或L 越大則使越大,過渡過程則進(jìn)行的越慢。,第 2

9、章 電 路 的 暫 態(tài) 分 析,,返 回分析與思考,下一頁,上一頁,上一題,后面練習(xí)題中只有部分書上習(xí)題,還有一些別的書上的題(已用帶顏色的字區(qū)別了),第 2 章 電 路 的 暫 態(tài) 分 析,【解】(1)求初始值 由于 S 閉合前,電路已穩(wěn)定,C 相當(dāng)于開路,i1=IS=1.5A。因此,根據(jù)換路定律,由換路前(S 斷開時(shí))的電路,首先求得,然后,根據(jù),由換路后(S 閉合時(shí))的電路求得,,返 回練習(xí)題,下一頁,上一頁,下一題,2.3.1在圖所示電路中,開關(guān) S 閉合前電路已處于穩(wěn)態(tài),試確定 S 閉合后電壓 uC和電流 ic、i1、i2 的初始值和穩(wěn)態(tài)值。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

10、,,,練 習(xí) 題 解 答,第 2 章 電 路 的 暫 態(tài) 分 析,(2)求穩(wěn)態(tài)值 由于電路穩(wěn)定后,C 相當(dāng)于開路。因此,首先求得,然后,進(jìn)一步求得,,返 回練習(xí)題,下一頁,上一頁,下一題,,返 回練習(xí)題,下一頁,上一頁,下一題,第 2 章 電 路 的 暫 態(tài) 分 析,【解】(1)求初始值 由于 S 閉合前,電路已穩(wěn)定,L 相當(dāng)于短路,R2 兩端的電壓等于US, R2中的電流即iL。因此,根據(jù)換路定律,由換路前(S 斷開時(shí))的電路,首先求得,然后,根據(jù),由換路后(S 閉合時(shí))的電路求得,上一題,2.3.2在圖所示電路中,開關(guān) S 閉合前電路已處于穩(wěn)態(tài),試確定 S 閉合后電壓 uL和電流 iL、i

11、1、i2 的初始值和穩(wěn)態(tài)值。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,第 2 章 電 路 的 暫 態(tài) 分 析,(2)求穩(wěn)態(tài)值 由于電路穩(wěn)定后,L 相當(dāng)于短路,因此首先求得,然后,進(jìn)一步求得,,返 回練習(xí)題,下一頁,上一頁,下一題,上一題,或者,第 2 章 電 路 的 暫 態(tài) 分 析,穩(wěn)態(tài)值:,,返 回練習(xí)題,下一頁,上一頁,下一題,上一題,【解】初始值:,2.3.3在圖所示電路中,開關(guān) S 閉合前電路已處于穩(wěn)態(tài),C中無儲(chǔ)能,試確定 S 閉合后電壓uC、 uL和電流 i1 、 ic 、iL 的初始值和穩(wěn)態(tài)值。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,第 2 章 電 路 的 暫 態(tài) 分

12、析,【解】,由換路后的電路知,則,,返 回練習(xí)題,下一頁,上一頁,下一題,上一題,2.6.3圖所示電路原已處于穩(wěn)態(tài)。試用三要素法求開關(guān) S 閉合后的 uL 和 uR。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,第 2 章 電 路 的 暫 態(tài) 分 析,則,,返 回練習(xí)題,下一頁,上一頁,下一題,上一題,2.6.4圖所示電路原已處于穩(wěn)態(tài)。試用三要素法求 S 閉合后的 uC。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,【解】,2.6.5圖所示電路原已處于穩(wěn)態(tài),在 t=0 時(shí),將開關(guān) S 斷開,試用三要素法求換路后的 uC和 iC。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,第 2 章 電 路 的 暫

13、 態(tài) 分 析,,下一頁,上一頁,則,【解】,返 回練習(xí)題,下一題,上一題,2.6.6圖所示電路原已處于穩(wěn)態(tài)。試用三要素法求開關(guān) S 斷開后的 iL 和 uL。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,第 2 章 電 路 的 暫 態(tài) 分 析,,下一頁,上一頁,【解】,則,返 回練習(xí)題,上一題,2在圖所示電路原已穩(wěn)定,在 t=0 時(shí),將開關(guān) S 閉合,試求 S 閉合后的 uC和 iC。,第 2 章 電 路 的 暫 態(tài) 分 析,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,下一頁,上一頁,返 回練習(xí)題,下一題,上一題,第 2 章 電 路 的 暫 態(tài) 分 析,【解】 本題目是練習(xí)利用電阻的串并聯(lián)來

14、簡(jiǎn)化電路,求出響應(yīng)。 根據(jù)換路定律和電路穩(wěn)定時(shí)電容相當(dāng)于開路,由換路前的電路求得 換路后電容經(jīng) R3及R1 與R2的并聯(lián)電阻放電,響應(yīng)為零輸入響應(yīng)。電路可簡(jiǎn)化為圖所示,其中等效電阻設(shè) 電路的時(shí)間常數(shù) 所以,,,,,,,,,,,,返 回練習(xí)題,下一頁,上一頁,下一題,上一題,2在圖所示電路原已處于穩(wěn)態(tài),在 t=0 時(shí),將開關(guān) S 閉合,試求響應(yīng)uC和iC,并說明是什么響應(yīng)?,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,第 2 章 電 路 的 暫 態(tài) 分 析,,下一頁,上一頁,返 回練習(xí)題,下一題,上一題,第 2 章 電 路 的 暫 態(tài) 分 析,【解】 本題目是為了練習(xí)利用戴維寧定律將電路簡(jiǎn)化后求響

15、應(yīng)。 由于換路前電容無儲(chǔ)能,故 uC(0) = 0 ,響應(yīng)為零狀態(tài)響應(yīng)。 將換路后電路中的電容支路提出,使余下電路成為有源二端網(wǎng)路,利用戴維寧定理,將原電路變?yōu)閳D所示電路,由戴維寧定理求得,電路的時(shí)間常數(shù),,,,,,,,,,,則,,,返 回練習(xí)題,下一頁,上一頁,下一題,上一題,2圖所示電路原已穩(wěn)定,求開關(guān) S 閉合后的響應(yīng) uC 和 i1、 i2 ,并畫出其變化曲線。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,第 2 章 電 路 的 暫 態(tài) 分 析,,下一頁,上一頁,返 回練習(xí)題,下一題,上一題,第 2 章 電 路 的 暫 態(tài) 分 析,【解】本題目與上題相同,只是響應(yīng)為零狀態(tài)響應(yīng)。換路前

16、電容未儲(chǔ)能, uC(0) = 0 。 將換路后電路中電容提出,用戴維寧定理將剩下的有源二端網(wǎng)路化簡(jiǎn)為等效電壓源,則換路后電路可化簡(jiǎn)為如圖所示 。 其中,則,所以,,,,,,,,,,,,,返 回練習(xí)題,下一頁,上一頁,下一題,上一題,第 2 章 電 路 的 暫 態(tài) 分 析,uC、i1、i2的變化曲線見圖,,,,,,,,,,,下一頁,上一頁,返 回練習(xí)題,下一題,上一題,2圖所示電路中電容原先未充電。在 t=0 時(shí)將開關(guān) S1閉合, t=0.1s 時(shí)將開關(guān) S2 閉合,試求 S2閉合后的響應(yīng) uR1,并說明是什么響應(yīng)。,第 2 章 電 路 的 暫 態(tài) 分 析,,,,,,,,,,,,,,,,,,

17、,,,,下一頁,上一頁,返 回練習(xí)題,下一題,上一題,第 2 章 電 路 的 暫 態(tài) 分 析,【解】此題目與上題相同,只是該電路兩次換路,第二次換路(S2閉合)時(shí)uC的初始值應(yīng)等于第一次換路(S1閉合)后uC在 t= 0.1s 時(shí)數(shù)值。 t 在 00.1s 時(shí),電路為圖(a)所示,且 uC(0)=0。電路的時(shí)間常數(shù),t=0.1s時(shí),S2合上,則,,,,,,,,,,,,(a),,返 回練習(xí)題,下一頁,上一頁,下一題,上一題,第 2 章 電 路 的 暫 態(tài) 分 析,t=0.1s 換路后電路可化簡(jiǎn)為圖(b)所示,電路的時(shí)間常數(shù),則,則,,,,,,,,,,,,(b),此未全響應(yīng),,下一頁,上一頁,返

18、回練習(xí)題,下一題,上一題,2圖所示電路原已穩(wěn)定。在 t=0 時(shí)將開關(guān) S 從 a 端換接到b 端。試求換路后的響應(yīng) iL和 uL。,第 2 章 電 路 的 暫 態(tài) 分 析,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,下一頁,上一頁,返 回練習(xí)題,下一題,上一題,第 2 章 電 路 的 暫 態(tài) 分 析,【解】此題目與2.3.1相同,只是將C 改為L。 根據(jù)換路定律和電路穩(wěn)定時(shí)電感相當(dāng)于短路,由換路前的電路得 換路后電感經(jīng)串聯(lián)電阻放電,響應(yīng)為零輸入響應(yīng),設(shè) 電路的時(shí)間常數(shù) 所以,,返 回練習(xí)題,下一頁,上一頁,下一題,上一題,2圖所示電路原已處于穩(wěn)態(tài)。試求 S 閉合后的 i2 、iL和uL,并畫出其變化

19、曲線。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,第 2 章 電 路 的 暫 態(tài) 分 析,,下一頁,上一頁,返 回練習(xí)題,下一題,上一題,第 2 章 電 路 的 暫 態(tài) 分 析,【解】此題目與2.3.2相同,只是將C 改為L。 換路前電感無儲(chǔ)能,iL(0)=0,響應(yīng)為零狀態(tài)響應(yīng)。 將換路后電路中的電感支路提出,使余下電路成為有源二端網(wǎng)路,用戴維寧定理將原電路變?yōu)閳D所示電路,其中:,電路的時(shí)間常數(shù),則,,,,,,,,,,(b),,,返 回練習(xí)題,下一頁,上一頁,下一題,上一題,第 2 章 電 路 的 暫 態(tài) 分 析, i1 、 u、i2的波形見圖,,,,,,,,,,,,下一頁,上一頁,返 回練習(xí)題,下一題,上一題,2圖所示電路原已處于穩(wěn)態(tài)。在 t=0 時(shí)將開關(guān) S 從 a 端改合到 b 端。試求換路后的 iL和uL,并說明是什么響應(yīng)。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,第 2 章 電 路 的 暫 態(tài) 分 析,,下一頁,上一頁,返 回練習(xí)題,下一題,上一題,第 2 章 電 路 的 暫 態(tài) 分 析,【解】此題目與上題相同,只是響應(yīng)改為全響應(yīng)。 首先根據(jù)換路定律,由換路前的電路求得 然后將換路后的電路用戴維寧定理簡(jiǎn)化成圖(B)所示電路,其中 所以 電路的時(shí)間常數(shù) 則,此響應(yīng)應(yīng)屬全響應(yīng)。,,返 回練習(xí)題,下一頁,上一頁,下一題,上一題,

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