电路PPT课件第5章 电容元件与电感元.ppt

第五章第五章 电容元件与电感元件电容元件与电感元件 5-15-1 电容元件电容元件 5-4 5-4 电容的储能电容的储能 5-3 5-3 电容电压的连续和记忆性质电容电压的连续和记忆性质 5-5 5-5 电感元件电感元件 第二篇第二篇 动态电路的时域分析动态电路的时域分析 5-7 5-7 电容与电感的对偶性电容与电感的对偶性 状态变量状态变量 5-2 5-2 电容的电容的VCRVCR 5-6 5-6 电感的电感的VCRVCR 理想理想电路元件电路元件 理想理想电源元件电源元件理想理想无源元件无源元件 理理 想想 电电 压压 源源 理理 想想 电电 流流 源源 电电 阻阻 R R 电电 感感 L L 电电 容容 C C 为了便于 分析与计算实 际电路，在一 定条件下，常 忽略实际电气 部件的次要因 素而突出其主 要电磁性质， 把它抽象为理 想电路元件。 理想电路元件是指只显示单一电磁现象，并且可以 用数学方法精确定义的电路元件。 第五章第五章 电容元件与电感元件电容元件与电感元件 本章内容概述本章内容概述 1. 动态元件：电容、电感元件。 含有一个独立的动态元件的电路称为一阶电路； 含有两个独立的动态元件的电路称为二阶电路。 2. 动态电路是“有记忆”的电路：响应不仅与现在 的激励有关，还与过去的响应有关。 3. KCL、KVL仍是分析电路的基本依据。 4. 以下三章讨论动态电路的时域响应，本章介绍 动态元件的VCR、等效电路、状态等概念。 5. 状态变量：电容电压 uC、电感电流 iL。 第五章第五章 小结小结 电电 容容 元元 件件 电电 感感 元元 件件 q (t) = C uC(t) (t) = L iL(t) pC(t) = uC(t) iC(t)pL(t) = uL(t) iL(t) 电流为有限值时, 电压不能跃变电压为有限值时, 电流不能跃变 + uL - iL L iC C + uC - （伏）V 库仑（C） 法拉（F） 电容元件的参数 i u + C 当通过电容的电荷量或电压 发生变化时，则在 电容中引起电流 在直流稳态时， I=0 ，电容隔直流 。 C是储能元件 WC= 1 2 C uC2电容储存的电场能 5-1 5-1 电容元件电容元件 5-1 5-1 电容元件电容元件 1. 1. 电容器：电容器：能聚集电荷，存储电场能的器件。 2. 2. 电容元件：电容元件：理想电容，是实际电容器的理想化模型。 i(t) C + u(t) - 电容符号 q(t) 理想电容只存储电场能量，本身无能量损耗。 3. 3. 实际电容器：实际电容器：其介质不能做到完全绝缘，故有一定 程度的漏电。等效电路为： C 与 R 并联。 实际电容器 的等效电路 C R 4. 4. 电容器的参数：电容器的参数： （1）电容量 C （2）额定电压 6-16-1 6. 6. 线性时不变电容线性时不变电容: : 其特性曲线是一条过原点的直线， 且不随时间而改变。 q q ( (t t) ) = = C C u u ( (t t) ) 电容 单位：法拉法拉(F)(F) 微法微法( ( F)F) 5. 5. 特性曲线：特性曲线：在任一时刻，电容贮存的电荷 q 与其端 电压 u 的关系，由 q u 平面上的一条曲线所决定。 电容元件是电荷与电压相约束的元件。 u q 线性时不变电容 u q 非线性电容 7. 7. 电荷与电压的约束关系电荷与电压的约束关系 6-16-1 1. 1. 微分关系微分关系 关联参考方向 非关联参考方向 (1) i(t)与u(t)的变化率 成正比，而与u(t)的数值无关。 (2) i(t)为有限值，则 为有限值，即 u(t) 不能跃变。 i(t) C u u( (t t) ) + + 非关联参考方向 注意：注意： 5-2 5-2 电容的电容的VCRVCR i(t) C + + u u( (t t) ) 关联参考方向 6-26-2 在特殊情况下，在特殊情况下，u u ( (t t) ) 可以跃变，此时理想电压可以跃变，此时理想电压 源需要提供无限大的电流。源需要提供无限大的电流。 (1) i(t)与u(t)的变化率 成正比，而与u(t)的数值无关。 (2) i(t)为有限值，则 为有限值，即 u(t) 不能跃变。 注意：注意： + US UC ( (t) C + K 在开关K闭合的瞬间， 由KVL，uC (t) 跃变为US。 条件是：理想电压源应提供无穷大的电流，即 具有无穷大的功率，这是实际电源达不到的。 6-26-2 2. 2. 积分关系积分关系 u(t0) 电容电压初始值 电容电压电容电压 u u( (t t) ) 取决于从取决于从 到到 t t 所有时刻的电流值。所有时刻的电流值。 u u( (t t) )具具有有“ “记忆记忆” ”电流的作用，电流的作用，C C为为“ “记忆记忆” ”元件，又称惯性元件。元件，又称惯性元件。 由 有 若若 t t 0 0 = 0= 0，则有 i(t) C + u(t) 关联参考方向 6-26-2 5-3 5-3 电容电压的连续性质和记忆性质电容电压的连续性质和记忆性质 电容电压u(t)的连续性质表述如下： 10 02 i /mA 5 t (s) 48 20 02 u /V t (s) 48 1. 1. 电容电压的连续性质电容电压的连续性质 当电容电流 i (t) 不连续时， 电容电压 u (t) 是连续的。 当电容电流 i (t) 在闭区间 ta, tb 内为有界的，则电容电压 u(t) 在开 区间 ( ta, tb ) 内为连续的。特别是， 对任意时刻 t，且 ta 0 0 电容储存或吸收功率；电容储存或吸收功率； p p 0, L把电能转换为磁场能，吸收功率。 p0， e为负值， 即其实际方向与参考方向相反。 当 的正值减小，即 d dt 0，L把电能转换为磁场能，吸收功率。 P0, L把电能转换为磁场能，吸收功率。 p0, L把磁场能转换为电能，放出功率。 L是储能元件 根据KVL可写出 电压电流关系 L + u i eL + 或 瞬时功率 在直流稳态时，电感相当于短路。 电感储存的磁场能 WL= 1 2 L iL2 在图示u、i 的关联参考方向下 4-35 电路如图，已知uS=4V， iS=0时， u=3V；当uS=0， iS=2A时， u=2V；求uS=1V ，电流源用2电阻替换后， 电压u 为多少？ 解： 已知uS=4V， iS=0时， u=3V 电阻 网络 iSuS+ - + - u 可知uS=4V时，有源单口网络的开路电压为 uOC