第六章一階電路部分習題

2022-10-04 07:51:03 字數 4075 閱讀 8218

當電路除了電阻元件以外,還含有電容和電感這樣的動態元件時,稱為動態電路。動態電路的特徵是:(1)當電路的結構或元件的引數發生變化(稱為換路),其工作狀態的轉變需要經歷乙個過渡時期。

(2)由於動態元件的伏安關係式對時間變數t的微分或積分關係,因此,描述動態電路的方程是微分方程或積分方程,且方程的階數由電路中動態元件的個數決定。對於僅含乙個動態元件的電阻電路,電路方程是一階線性常微分方程,也稱一階電路。

分析動態電路的前提是掌握動態元件和動態電路的特性,常用的分析方法是經典法,它是一種在時間域中進行的分析方法。其步驟為:(1)利用kcl和kvl及元件的伏安關係式建立以時間為自變數的線性常微分方程;(2)確定電路中待求量的初始值;(3)求解方程得所求電壓和電流。

6-1 圖(a),(b)所示電路中開關s在(t = 0) 時動作,試求電路在t =時刻電壓,電流的初始值。

解(a):第一步:求t > 0時,即開關s動作前的電容電壓()。

由於開關閉合前,電路處於穩定狀態,對直流電路有電容看作開路。時的電路如題解圖(a1)所示。由圖(a1)可得v

第二步:根據換路時,電容電壓不會躍變,所以有

應用替代定理,用電壓等於的電壓源代替電容元件,畫出等效電路如題解圖(a2)所示。

第三步:由等效電路,計算得

v換路後,和發生了躍變。

解(b):第一步:由t<0時的電路,求的值。由於t<0時電路處於穩定狀態,電感電流為常量,故,即,電感可以看作短路,時的電路如題解圖(b1)所示,由圖可知

第二步:根據換路時,電感電流不會越變,所以有

應用替代定理,用電路等於的電流源替代電感元件,畫出0,等效電路如題解圖(b2)所示。

第三步:由等效電路,計算得初始值。

顯然電路換路後,電感電壓發生了躍變。

6-2 圖示各電路中開關s在t = 0,時刻的電壓,電流。以知圖(d)中的v,。

解(a):在t > 0時,電路處於穩定狀態,電容看作斷路,電路如圖題解圖(a1)所示。電容上的電壓分別為

根據換路時電容電壓不能躍變,得

畫出等效電路如題解圖(a2)所示。由圖可得結點電壓為

故各支路電流為

電阻上的電壓為

解(b):在t > 0時,電路處於穩定狀態,電感看作短路,電路如題解圖(b1)所示。根據分流關係有

根據換路時,電感電流不能躍變,得

t=0,時的等效電路如題解圖(b2)所示。由圖可知

解(c):t < 0時,電路出穩定狀態,電容看作開路,電路如題解圖(c1)所示。電容打夯的電壓為

根據,畫出時的等效電路如題解圖(c2)所示。由圖可得

解(d):由題意知時的等效電路如題解圖(d1)所示。由圖可得

6-3 圖示電路在t = 0時開關s閉合,求。

解:先求初始值。由圖可知時,,根據換路時電容電壓連續,可得 =

後的電路如題解6-3圖所示。這是乙個求一階電路的零輸入響應問題,應有由圖可知時間常數

故後的為

注:一階電路的零輸入響應是指換路後,電路中的激勵為零,由電路中動態元件上的初始儲能產生的響應,它是電路的齊次微分方程滿住初試條件的解。若零輸入響應用表示,其初始值為,則零輸入響應可表示為

上式可以作為公式直接應用如本題的求解。

6-4 開關s原在位置1已久,t=0時合向位置2,求和。

解:t > 0時的電路如題解6-4圖(a)所示。由圖可知

故可得電容電壓的初始值

t > 0後的電路如題解圖(b)所示,這是乙個一階rc零輸入電路。由於從電容兩端看去的等效電阻為

故有時間常數

電容電壓

電流6-5圖中開關s在位置1已久,t = 0時合向位置2,求換路後的和。

解:t > 0時的電路如題**(a)所示。由圖(a)可知

根據換路時不能躍變,有

t>0後的電路如圖(b)所示。這是乙個一階rl零輸入電路。其時間常數為

故電感電流和電壓分別為

也可利用kvl計算,即

注:從6-3到6-5題的求解過程可以歸納出一階電路零輸入響應的步驟為:(1)由的電路確定電容電壓或電感電流,根據=得出動態元件的初始值;(2)求後電路的時間常數。

對電路有,對電路有,式中為動態元件兩端看去的一埠電路的等效電阻,計算的方法與求戴維寧等效電阻的方法相同;(3)利用或,求得和,再利用或元件的伏安關係式求出其它各支路的電壓和電流。也可根據等效電路,求出其它待求量的初值,應用得到所求量

6-6 圖示電路為發電機的勵磁電路,歷次繞組的引數為,,接在的直流電源上。當開啟開關s 時,要求繞組兩端電壓不超過正常工作電壓的2.5倍,並使電流在0.

05s內衰減到初值的5%,試求併聯放電電阻為多大?(圖中二極體的作用是,當開關s閉合時,放電電阻中無電流,當s開啟後,繞組電流將通過衰減到零,此時二極體如同短路)

解:t<0時,電路處於穩定狀態,此時二極體反向偏置不導通,中無電流,電路如題解圖(a)中所示。由圖(a)知

開關s開啟,電感電流不能躍變,因此有

t>0後,二極體處於導通狀態,電路如題解圖(b)所示。由圖知,繞組兩端的最大電壓為

因為要求

故有又因為要求在0.05s內,衰減為原來的5%,所以有

把代入上式中,有

解得考慮到以上兩個要求,的值應取

6-7 乙個高壓電容器原先已充電,其電壓為10kv,從電路中斷開後,經過15min它的電壓降低為3.2kv,問:

(1) 再過15min電壓將降為多少?

(2) 如果電容,那麼它的接援電阻是多少?

(3) 需經過多少時間,可使電壓降至30v以下

(4) 如果以一根電阻為的導線將電容接地放電,最大放電電流是多少?若認為在時間內放電完畢,那麼放電的平均公功率是多少?

(5) 如果以的電阻將其放電,應放電多長時間?並重答(4)。

解:根據題意,這個高壓電容器為非理想電容,其電路模型如圖所示。且有 t > 0時

由於經過t=15min,,所以有

從中可解得

(1) 再過15min,即時

(2) 根據,可得絕緣電阻

(3) 當降至30v時,有

從中解得放電時間t為

(4) 電阻為的導線將電容接地放電,這時電路的等效電阻為絕緣帶內阻和導

線電阻的並接,即

因為時單點電流最大,所以由圖可知

時間常數

在時間內,電容若放電完畢,放出的總能量為

則放電的平均功率為

(5) 如果以電阻將其放電,這是電路的放電電阻為

最大放電電流為

電路的時間常數

放電時間為

所以放電的平均功率為

顯然放電電阻越大,對放電電流的阻礙作用越大,故放電電流小,所需的放電時間長。

注:放電的平均功率也可用計算。

6-8 圖示電路中,若t = 0時開關s閉合,求電流。

解:時,電路處於穩定狀態,電容看作開路,電感相當於短路。電路如題解圖(a)所示。由圖(a)可得

換路時,由於電容電壓和電感電流不能躍變,所以有

t > 0後的電路如題解圖(b)所示,短路線把電路分成了三個相互獨立的迴路。由r,l串聯迴路可得

由r,c串聯迴路可得

故根據kcl,電流為

6-9 圖示電路中,若t = 0時開關s開啟,求和電源發出的功率。

解:t > 0時,由於電流源被短路,所以可得電容c的初始值為

t > 0後的電路如題解6-9圖(a)所示。故這是乙個求零狀態響應問題。一階rc零狀態電路滿足初始條件的微分方程的解為

式中是,電路達到穩定狀態時,電容上的電壓,為電路的時間常數。本題中,當時,電容相當於開路,如題解圖(b)所示,則

時間常數為

所以有電流源兩端的電壓為

則電流源發出的功率為

6-10 圖示電路中開關s閉合前,電容電壓為零。在t = 0時s閉合,求t>0時的和。

解:由題意可知:,這是乙個求零狀態的問題。在時電路如題解6-10圖所示。由圖可得

等效電阻

所以時間常數

則t > 0時,電容電壓

電容電流為

6-11 示電路中,開關s開啟前已處於穩定狀態。t = 0開關s開啟,求時的和電壓源發出的功率。

解:由圖可知,t > 0時,電感支路被短路,故有,這是乙個求零狀態響應問題。當時,電感看作短路,電路如題解6-11圖所示。應用疊加定理可求得為

從電感兩端想電路看去的等效電阻為

則時間常數

故t > 0後的電感電流為

第六章計畫習題

一 單項選擇題 1 根據計畫的明確性,可以把計畫分類為 a 長期計畫和短期計畫 b 戰略性計畫和戰術性計畫 c 具體性計畫和指導性計畫 d 程式性計畫和非程式性計畫 2 財務計畫和人事計畫與業務計畫的關係描述不正確的是 a 財務計畫和人事計畫是為業務計畫服務的 b 財務計畫和人事計畫是圍繞著業務計畫...

第六章習題答案

第六章梁的彎曲內力 習題6 1 a 求指定截面的內力。答題要點 1 計算2 2截面內力 a 用2 2在圖示位置截開桿件,取左段分析,左段截面上剪力和彎矩分別用q2 m2代替,受力圖如圖 a b 根據靜力平衡條件計算q2 m2值 fy 0 3kn m 2m q2 0 mc 0 3kn m 2m 1m ...

第六章第六章財務計畫

6.1 資金 投資比例餅圖 希吉雅食品責任 成立初期,準備籌集資金100萬元。發起人自投60萬元,申請大學生創業貸款30萬元,10萬元尋求投資,企業固定資產作投資160萬元,向銀行貸款100萬元。共計註冊資本360萬元。投資比例如圖所示 圖8 1 投資比例 創業自籌資金由創業者個人以其個人名義籌集的...