第3章--直流激励下的一阶动态电路

第3章直流激励下的一阶动态电路3.1换路定律与初始值的计算一、填空题1．动态元件包括______元件和______元件。2．电路从一种稳定状态变化到另一种稳定状态，其间要经过______过程，该过程______（能、不能）在瞬间完成。3．当动态电路发生换路时，电容元件的______不可突变，电感元件的______不可突变。电容元件的______和电感元件的______不受换路定律的约束。4．当电路进行换路时，电路发生变化，从而引发电路的______过程。5．换路定律的数学表达式是____________________________________6．只含有一种储能元件的电路称为______动态电路。二、选择题1.（）不属于动态电路。（1）纯电阻电路（2）含有储能元件的电路（4）RC电路（3）RL电路2．动态电路工作的全过程是（）。（1）换路一前稳态一过渡过程一后稳态（2）前稳态一换路一过渡过程一后稳态（3）换路一前稳态一后稳态一过渡过程（4）稳态一过渡过程一换路一后稳态3．换路定律的内容是（）。（1）iC（0+）＝iC（0-）UL（0+）＝UL（0-）（2）iC（0-）＝iC（0+）UL（0-）＝UL（0+）（3）UC（O+）＝UC（0-）iL（0+）＝iL（0-）（4）UC（O-）＝UC（0+）iL（0-）＝iL（0+）4．初始值是电路换路后最初瞬间的数值，用（）表示。（1）（0）（2）（0+）（3）（0-）（4）（00）5.如图1-3-1所示，开关S闭合C未储能，当开关S闭合后灯泡EL（）（1）立即亮并持续（2）始终不亮（3）由亮逐渐变为不亮（4）由不亮逐渐变亮6．如图1-3-2所示，开关S闭合前L未储能，当开关S闭合后灯泡EL（）（1）立即亮并持续（2）始终不亮（3）由亮逐渐变为不亮（4）由不亮逐渐变亮三、判断题（）1．仅仅由电阻R构成的电路称为动态电路。（）2．当动态电路发生换路时，电容元件上的电流可以突变，电感元件两端的电压可以突变。（）3．换路过程和过渡过程都是在瞬间完成的。（）4．换路时电容元件和电感元件上的电压、电流都受到换路定律的约束。（）5．动态电路中只含有动态元件，不含有电阻R。（）6．换路是引发电路产生过渡过程的根本原因。四、计算题1．如图1-3-3所示，已知UC（0-）＝0，t＝0时刻S闭合，求iR（0+）。2．如图1-3-4所示，已知US＝100V，Rl＝20、R2＝30，开关S断开前电路处于稳态，试求开关S断开瞬间的uC（0+）和iC（0+）。3，如图1-3-5所示，已知US＝2V，R1＝R2＝10，L＝5mH，t＝0时刻开关S闭合。求iL（0+）和UL（O+）。4．如图l-3-6所示，已知US＝18V，R1＝8，R2＝10、L＝1mH、t＝0时刻开关S闭合，求换路后的iL（0+）和UL（O+）。5．如图1-3-7所示，电路原已稳定且uC（0-）＝O，求t＝0时刻S闭合后的iC（0+）和iR（0+）。五、问答题1研究电路过渡过程的目的是什么？2．电路产生过渡过程的根本原因是什么？3．请将表1-3-l填充完整，并回答问题。通过填充表格，试说明电容元件和电感元件何时看作开路，何时看作短路，何时又看作电压源（或电流源）。这样处理的条件和依据是什么？4．总结求解动态电路初始值的基本步骤。3.2一阶电路的零输入响应一、填空题1．外加激励为零（没有电源对电路施加能量），仅由动态元件初始储能作用而在电流中产生的电流、电压称为电路_________的响应。2.RC电路时间常数＝__________，RL电路时间常数＝__________。3．时间常数的单位是____________。4．时间常数越大，则过渡过程越_________，变化越_________。5．动态电路的过渡时间，理论上需要无限长，但一般认为t＝______以后过渡过程就结束了。二、选择题1．RL电路的时间常数（）。（l）与R、L成正比（2）与R、L成反比（3）与R成反比，与L成正比（4）与R成正比，与L成反比2.RC电路的时间常数（）。（1）与R、C成正比（2）与R、C成反比（3）与R成反比，与C成正比（4）与R成正比，与C成反比3．如图1-3-8所示，比较其时间常数的结果为（）。（1）123（2)321（3）123（4）3214．电路的过渡过程是按照（）规律变化的。（l）指数（2）对数（3）正弦（4）余弦三、判断题（）1．线性一阶动态电路，当元件参数不变时，接通20v直流电源所用的过渡时间比接通10V直流电源所用的过渡时间要长。（）2．RC串联电路如果在C两端再并联一个电阻，则时间常数会变大。（）3．是反映电路过渡过程持续时间长短的物理量。（）4．零输人响应电路中，过渡过程就是储能元件所存储的全部能量转换为热能在电（）5．时间常数越小，曲线变化越慢，过渡过程越长。（）6．零输人响应的特点是：随着过渡过程的结束，电路中各个物理量的数值都将趋向于零（）7．RL串联电路中，其他条件不变，增大R则过渡时间变长。（）8．RC串联电路中，其他条件不变，增大C则时间常数减小。四、证明题1．试证明时间常数＝RC的单位是秒。2．试证明时间常数＝的单位是秒。五、计算题1．如图1-3-9所示，US＝12V，Rl＝1k，R2＝2k，R3＝3k，C＝10F，电路原来已经处于稳态，t＝0时开关S打开。求换路后电容两端电压的响应表达式UC()t，并画出图像。2．如图1-3-10所示，US＝10V，R1＝2k，R2＝4k，L＝200mH，开关S断开前电路已处于稳态。求换路后的iL()t，并画出图像。3．如图1-3-11所示，试求下列电路在换路后的时间常数。六、问答题1．如何正确理解“零输人响应”，请说明如下词语的含义。（1）零；（2）输人；（3）响应；（4）零输人响应；2．如果RC（或RL）电路中有多个电阻，为了求解时间常数，应按照如下方法步骤求解等效总电阻R，请填充空白处使语句完整。（1）使电路处于换路______（前、后）状态。（2）将电路中的电压源做______处理、电流源做______处理。（3）将电路中的______元件移去，形成一个二端口纯电阻网络。（4）由______看进丢，求解等效总电阻R。3．写出RC串联电路和RL串联电路中动态元件的零输人响应表达式。C()t＝L()t＝4．应如何正确理解零输入响应表达式中U0和I0的含义，它们一定是电压源的电压值（或电流源的电流值）吗？5．总结求解一阶动态电路零输入响应的方法步骤。3.3一阶电路的零状态响应一、填空题1．换路前电容和电感元件没有储能，则在换路后的瞬间UC（0+）＝0、iL（0+）＝0，我们称电路的这种情况为_________状态。2．一个零初始状态的电路在换路后受到（直流）激励作用而产生的电流、电压称为电路的______响应。3．RC串联电路零状态响应中稳态分量是______，暂态分量是______；RL串联电路零状态响应中稳态分量是______；暂态分量为______。二、计算题1．如图1-3-12所示，电路原已稳定且电感L未储能，t＝0时开关S闭合，求iL()t，并画曲线。2．如图1-3-13所示，U0＝l80V、R1＝30、R2＝60、C＝0.01F、UC（0-）＝0V，t＝0时开关S闭合，求UC()t，并画曲线。三、问答题1．如何正确理解“零状态响应”，请说明如下词语的含义。（1）零：（2）状态：（3）响应：（4）零状态响应：2．写出RC电路和RL电路中动态元件的零状态响应表达式。UC()t＝iL()t＝3．应如何正确理解零状态响应表达式中US和IS的含义。4．总结求解一阶动态电路零状态响应的方法步骤。3.4一阶电路的全响应；3.5一阶电路的三要素法；3.6微分电路和积分电路一、填空题1．当电路中UC（0+）＝U0、iL（0+）＝I0。，我们称电路这种状态为______状态。2．非零初始状态的一阶动态电路受到（直流）激励作用而在其中产生的电流、电压称为电路的________________________响应。3．一阶电路的三要素法的公式是___________________________。4．线性动态电路的全响应是__________________响应和__________________响应之和，也可以说是_______________分量与__________________分量的叠加。5．RC微分电路的作用是将输人____________—波变换为_______________波输出。6．RC积分电路的作用是将输人____________—波变换为_______________波输出。二、判断题（）1．三要素法仅仅适用于一阶动态电路。（）2．利用三要素法不仅可以求解储能元件上的电流、电压，还可以求解电路中任意处的电流、电压。（）3．全响应与零输入响应和零状态响应无关。（）4．动态电路在换路时一定产生过度过程。二、计算题1．如图l-3-14所示，S闭合后前电路原已稳定，求t＝0时开关S闭合后的UC()t和iC()t，并画曲线。2．如图1-3-15所示，开关闭合前电路已处于稳态。求t＝0时开关S闭合后的uL()t和iL()t，并画曲线。3．用三要素法分别求解3.2节计算题1和3.3节计算题1，并将结果进行比较，说明全响应与零输人响应和零状态响应的关系。四、问答题1．写出一阶电路三要素法表达式，并说明各部分含义。2．总结三要素法求解一阶动态电路全响应的方法步骤。3·画出微分电路和积分电路的电路图，在输人端和输出端画出输人波形和输出波形，并说明两种电路的作用。3.7检测试卷一、填空题1．动态电路的换路定理的内容用公式表示为____________和____________。2．一阶动态电路三要素法的公式是_______________。3．电容元件的_______________和电感元件的____________不受换路定律的约束。4．线性动态电路的全响应为_________响应与_________响应之和，也可以说是_________分量与_______________分量的叠加。5．元件处于“零初始状态”，仅由外施激励引起的响应称为____________响应。6．RC电路时间常数＝______，RL电路时间常数＝______，单位是______。7．RC微分电路的作用是将输人的_________波变换为_________波输出。8．电路中只有一个储能元件的电路称为____________电路。9．过渡过程的结束时间从理论上讲需t＝_________，实际上按照t＝_____________计算。10．动态电路中，电感在稳态时看作短路状态，在换路时看作_________或_________。二、选择题1．动态电路工作的全过程是（）（1）前稳态一过渡过程一换路一后稳态（2）前稳态一换路一过渡过程一后稳态（3）换路一前稳态一过渡过程一后稳态（4）换路一前稳态一后稳态一过渡过程2．如图1-3-16所示，比较其时间常数的结果为（）。（1）123（2)321（3）123（4）3213．如图1-3-17所示，UC（0-）＝0，t＝0时刻时S闭合，则iR（0+）为（）,iC（0+）为（），在换路瞬间没有发生跃变的量是（）。（1）0A（2）0.5A（3）5A（4）iC（5）UC（6）iR三、判断题（）1．R、L、C三种元件统称为动态元件。（）2．动态电路换路时电容电流可以跃变，电感电压可以跃变。（）3．在动态电路中，电容元件在任何时刻都应处于开路状态。（）4．线性一阶动态电路，电源电压的大小直接影响过渡过程的长短。（）5．电路的过渡过程是按照对数规律变化的。（）6．三要素法仅仅适用于一阶线性动态电路。（）7．时间常数越小，电路的变化速度越慢。（）8．三要素法只能计算全响应，不能计算零输人响应和零状态响应。（）9．求解时间常数时，一定要使动态电路处于换路之前的状态。（）10．动态电路在换路时一定产生过渡过程。四、计算题（每题10分，共50分）1．如图1-3-18所示，己知US＝50