简明电路分析基础_06电容元件与电感元件汇编
80页1、电电 路 分 析 基 础础 电路分析基础第六章 动态电路分析 第二部分 动态电路分析 六、电容元件与电感元件 七、一阶电路 八、二阶电路 九、冲击函数在动态电路分析中的应用 十、交流动态电路 电路分析基础课程内容介绍 电路分析基础第二部分:第六章 回 顾 本教材第一部分讨论了电阻电路的分析方法。包括:集总 电路模型、基尔霍夫定律、欧姆定律、以此为基础的各种分析 方法和等效变换方法。 电阻电路是用代数方程来描述的,这意味着:如果外加的 激励源(电压源或电流源)为常量,那么,在激励作用到电路 的瞬间,电路的响应也为某个常量。 即:电阻电路是“无记忆的”,或说是“即时的”(instantaneous)。 许多实际电路并不能只用电阻元件和电源元件来构成其模 型。在模型中往往不可避免地要包含电容元件和电感元件。 这两种元件的伏安关系都涉及对电流、电压的微分或积分 ,我们称这种元件为动态元件(dynamic element)。 电路分析基础第二部分:第六章主要内容 电路模型中出现动态元件的原因: (1)在实际电路中有意接入电容器、电感器等器件,这是 由于要求电路能够实现某种功能的需要,例如,电阻电
2、路不能 完成滤波,必须利用动态元件才能实现这个功能。 (2)当信号变化很快时,一些实际器件已不能再利用电阻 模型来表示。例如,一个电阻器不能只用电阻元件来表示,而 必须考虑到磁场变化及电场变化的现象,在模型中应增加电 容、电感等动态元件;当信号变化很快时,晶体管也不能再用 电阻模型来表示。 动态电路:至少包含一个动态元件的电路。 电路只有电阻电路和动态电路两种类型! 电路分析基础第二部分:第六章主要内容 动态电路的记忆性:动态电路在任一时刻的响应与激励的全 部过去历史有关。即使输入已不再起作用,但仍然有输出,因 为输入曾经作用过。也就是说,动态电路具有记忆性。 第二部分主要内容:主要讨论动态电路的分析,但只限于一 阶和二阶动态电路,共分五章。 回顾:在本书第一章中早已指出,两类约束是电路分析的基本 依据。基尔霍夫定律施加于电路的约束关系只取决于电路的连 接方式而与构成电路的元件性质无关,也就是说,无论是电阻 电路还是动态电路,都必须服从这两个定律。 本章主要内容:为解决动态电路的分析问题,必须知道电容 元件和电感元件的定义、伏安关系,并引入记忆、状态等概念 ,为动态电路的分析奠定基础。
3、 电路分析基础第二部分:第六章 目录 第六章 电容元件与电感元件 1 电容元件 7 电感电流的连续性质和记忆性质 2 电容的伏安关系 8 电感的储能 电路的状态 3 电容电压的连续性质 9 非线性电容 和记忆性质 4 电容的储能 10 非线性电感 5电感元件 11 电感器和电容器的模型 6 电感的伏安关系 12电路的对耦性 电路分析基础第二部分:6-1 1/4 6-1 电 容 元 件 电容器:把两块金属板用绝缘介质隔开,就可构成一个简单的 电容器。由于介质不导电,因此通电后,两块极板上能分别存 储等量的、极性相反的电荷。当电源撤走后,由于介质的阻挡 ,使两块极板上的电荷不能被中和而依靠电场力的作用而长久 地存储下去。因此,电容器是一种能存储电荷的器件。 电容元件:电路理论中的电容元件(capacitor),是对实际电 容的一种理想化,即只具有存储电荷从而在电容器中建立电场 的作用,而没有其它作用,不考虑介质的损耗等因素。 由极板间的电荷建立的电 场储藏着能量,因此,我们也 可以说电容器是一种能储存电 场能量的器件。 u(t ) q(t ) i(t)+ 理想电容器:是一种电荷与电压相约束
4、的器件。 电路分析基础第二部分:6-1 2/4 电容元件的定义:一个二端元件,如果在任意时刻t,它的电 荷 q(t) 同它的端电压 u(t) 之间的关系可以用uQ平面上的一条 曲线来确定,则此二端元件称为电容元件。 瞬时值:在某个时刻t,q(t) 和 u(t) 分别称为电荷和端电压在此 时的瞬时值。其他的关于时间的函数都可以这么说。 我们可以说电容元件的电荷瞬时值和电压瞬时值之间存在 一种代数关系。 u(t ) q(t ) i(t)+ 图6-1 电容元件符号 电路分析基础第二部分:6-1 3/4 注意关联参考方向:在图中所设定的 电流电压参考方向关系,也即电荷与电 流的参考方向关系称为关联参考方向。 线性非时变电容元件: 如果uq平面上的特性曲线 是一条过原点的直线,且不 随时间变化的电容元件。即 q(t) = Cu(t) (6-1) 电容容量:C为正常数,用来度量图形曲线的斜率,称为电容 (capacitance),C的国际单位为法拉(简称法,缩写F 或 f )。 习惯上:我们通常将电容元件简称为电容,而且若不加申明 ,就是指线性非时变电容。 q(t) = Cu(t) u(t) q(
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