電氣學資料

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2010年4月4日 星期日

電路九章 9.7


冲激函数和一阶电路的冲激响应

9.7.1 一 冲激函数

1 单位脉冲函数

单位脉冲函数的定义为: 其波形图如图所示。

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它是一个在t = 0+ 处出现一个矩形脉冲,脉冲的宽度为Δ,脉冲的高度为image 脉冲波形与横轴所包围的面积为1,所以称它为单位脉冲函数。

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2 单位冲激函数和冲激函数

单位冲激函数用δ(t) 表示,其定义为:

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它是一个在t=0时刻出现一个向上的冲激量,这个冲激量的宽度很窄,即出现的时间很短,冲激量的高度很高,用一个向上的箭头来表示image它,并在其旁边标明一个数字“1”,表示冲激量所包围的面积为1,它表明了冲激量的强度。

  1. 如果单位冲激函数δ(t)的出现时间不是0而是t0,我们称它为延迟单位冲激函数,其表达式为δ(t- t0)。

  2. 如果单位冲激函数δ(t)前面的系数不是1而是一个任意常数k,称为冲激函数,其表达式为kδ(t),其波形图如图右所示,其旁边标明一个数字“k”,表示冲激量所包围的面积为k,它表明了冲激量的强度。

  3. 如果冲激函数kδ(t)的出现时间不是0而是t0 ,我们称它为延迟冲激函数,其表达式为kδ(t-t0)。

9.7.2 阶跃函数、脉冲函数、冲激函数的关系

单位脉冲函数的脉冲宽度Δ趋近于零,取极限就是冲激函数。

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当单位脉冲函数的脉冲宽度Δ趋近于零,则其高度image 趋近无穷大,单位脉冲函数就成为单位冲激函数。

单位冲激函数在时间段 -∞ 到t 的积分就是单位阶跃函数

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当t ≠ 0这些点的微分则等于零,所以单位阶跃函数的微分就是单位冲激函数。 image

9.7.3 一阶电路的冲激响应

1 R、C 电路的冲激响应

电容电压为:image

电容电流为:image

2 . R、L电路的冲激响应

电感电流:image

电感电压: image

9.7.4 冲激响应与阶跃响应的关系

线性电路的单位阶跃响应对时间的导数就是该电路的单位冲激响应。

反之,线性电路的单位冲激响应对时间的积分就是该电路的单位阶跃响应

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9.7.5 电容电压和电感电流的跃变

1 .换路后由纯电容构成的回路或由电容与电压源构成的回路

略

2.换路后由纯电感构成的割集或由电感与电流源构成的割集

略

解题

1.由冲激激励在电路中产生的零状态响应

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求解方法:由阶跃响应求冲激响应

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2. 换路前后电容电压和电感电流发生强迫跃变

结果:电容电流和电感电压会产生冲激响应

1)由三要素法求电容电压、电感电流响应

由电路换路后的KVL、KCL方程及电容的电荷关系,电感的磁链关系计算储能元件的初值。

2) 由元件方程求响应

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2010年3月30日 星期二

電路九章 9.6


阶跃函数和一阶电路的阶跃响应

9.6.1 阶跃函数

单位阶跃函数

函数在t=0 处出现一个台阶形跃变,且台阶的高度为1个单位,故称它为单位阶跃函数。

阶跃函数

阶跃函数用kε(t) 来表示,其中k为常数。

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如果电压源uS在t=0 时接入,其表达式为:image

如果电流源iS 在t = 0 时接入,其表达式为:image

如果电源激励都是直流时,uS或iS都是常数,uSε(t)或 iSε(t)就是阶跃函数。

延迟单位阶跃函数

延迟单位阶跃函数用ε(t-t0)来表示。

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函数在t=t0 处出现一个台阶形跃变,且台阶的高度为1 个单位,它比单位阶跃函数的出现时间延迟了t0,故称它为延迟单位阶跃函数。

单位阶跃函数和延迟单位阶跃函数的作用
  1. 延迟单位阶跃函数乘以某已知函数的作用,是在任意时刻“起始”某一个函数。image

  2. 用某已知函数与该函数的延迟函数相加,也可以改变已知 函数的波形。image

  3. 用单位阶跃函数与延迟单位阶跃函数相减,可以组成某些特殊的波形image

9.6.2 一阶电路的阶跃响应

三要素法:

uC(0+)=u C(0-)=0V,uC(∞)=1V,τ= RC。

电容电压为: image

电容电压响应表达式的后面乘以ε(t),其作用是确定响应的“起始”时间为0+。如果要计算电源为任意值k的阶跃响应,只要在单位阶跃响应前面乘以k就行了

延迟单位阶跃响应:

电源电压的表达式为ε(t-t0) V。其响应的表达式将单位阶跃响应中的t 改变为t-t0就可以了。 image

电容电压响应表达式的后面乘以ε(t -t0 ),其作用是确定响应的“起始”时间为t0+。如果要计算电源为任意值k的阶跃响应,只要在延迟单位阶跃响应前面乘以k就行了。

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電路九章 9.5


一阶电路的全响应

全响应

电路的初始状态不为零,同时又有外加激励源作用时电路中产生的响应。

9.5.1 RC電路的全响应

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2. 全响应的两种分解方式
着眼于电路的两种工作状态

全响应 =稳态分量+暂态分量

着眼于因果关系

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全响应= 零状态响应 + 零输入响应

9.5.2 三要素法分析一阶电路

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用t→¥的稳态电路求解;用0+等效电路求解

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電路九章 9.4


一阶电路的零状态响应

零状态响应

动态元件初始能量为零,由t >0电路中外加输入激励作用所产生的响应。

9.4.1 RC电路的零状态响应

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  1. 电压、电流是随时间按同一指数规律变化的函数;电容电压由两部分构成:稳态分量(强制分量)+暫态分量(自由分量)
  2. 响应变化的快慢,由时间常数τ=RC决定;τ大,充电慢,τ小充电就快。
  3. 响应与外加激励成线性关系;
  4. 电源提供的能量一半消耗在电阻上,一半转换成电场能量储存在电容中。

9.4.2 RL电路的零状态响应

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電路九章 9.3


一阶电路的零输入响应

零输入响应:

换路后外加激励为零,仅由动态元件初始储能所产生的电压和电流。

9.3.1 RC电路的零输入响应

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电压、电流是随时间按同一指数规律衰减的函数;

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响应与初始状态成线性关系,其衰减快慢与RC有关;
令τ=RC , 称τ为一阶电路的时间常数

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τ 大 → 过渡过程时间长 τ小 → 过渡过程时间短

工程上认为, 经过 4t-5t, 过渡过程结束

image 电容不断释放能量被电阻吸收,直到全部消耗完毕.

9.3.3 RL电路的零输入响应

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电压、电流是随时间按同一指数规律衰减的函数;

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响应与初始状态成线性关系,其衰减快慢与L/R有关;
令 τ= L/R , 称为一阶RL电路时间常数

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时间常数τ的大小反映了电路过渡过程时间的长短

τ大 → 过渡过程时间长  τ小 → 过渡过程时间短

image 电感不断释放能量被电阻吸收,直到全部消耗完毕.

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