电路分析基础第4章 直流激励下的一阶动态电路ppt课件.ppt

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1、第4章直流激励下的一阶动态电路4.1电容元件4.2电感元件4.3换路定律4.4一阶电路的响应本章小结阅读材料：电容器与电容元件实验7一阶RC电路的暂态响应分析4.1电容元件4.1.1电容元件的定义电容元件是电路模型中的一个基本元件，是一种表征电路元件储存电荷特性的理想元件。　　电容元件的定义是：如果一个二端元件在任一时刻，其所储存的电荷q与端电压u之间的关系由u~q平面上的一条曲线所确定，则称此二端元件为电容元件，如图4-1所示。图4-1电容元件的q～u特性曲线电量与电压大小成正比关系的电容元件，如果它的q～u曲线是一条通过坐标原点的直线

2、，如图4-1(a)所示，则称为线性电容元件;否则，称为非线性电容元件，如图4-1(b)所示。今后所说的电容元件，如无特别说明，都是指线性电容元件,电路符号如图4-2所示。图4-2电容元件的符号电容元件的原始模型为由两块金属极板中间用绝缘介质隔开的平板电容器。当在两极板上加上电压后，两极板就分别积累了等量的正、负电荷，即对电容器进行了充电，每个极板所带电量的绝对值，叫做电容器所带的电荷量。同时，在两个极板间建立了电场，储存电场能量。聚积的电荷愈多，所形成的电场就愈强，电容元件所储存的电场能也就愈大。当电容器两极板聚积的电荷量改变时，就形成电流。　　电

3、容元件每个极板所带电荷量的多少与两极板间电压的大小有关，其关系式为(4-1)式(4-1)反映了电容元件容纳电荷的本领。我们把电荷量q与电压u的比值称为电容元件的电容量，简称电容，用C表示，在数值上等于单位电压加在电容元件两端时，储存的电荷量。在国际单位制中，电容的单位是法拉，简称法(F)。在实际应用中，法拉这个单位太大，常用较小的单位微法(μF)和皮法(pF)，它们和F(法拉)的换算关系是　　　　　1μF＝10-6F；1pF＝10-12F　　如果电容元件的电容为常量，不随它所带电荷量的变化而变化，这样的电容元件即为线性电容元件，它的电容

4、量只与其本身的几何尺寸以及内部的介质情况有关。习惯上常把电容元件和电容器简称为电容，所以“电容”一词有双重含义，一是指电容元件(电容器)本身，同时也指电容元件的参数(电容量)。　　电容具有隔直流、通交流、通高频、阻低频的特性。主要用于隔断直流的电容叫做隔直电容，把高频信号与低频信号分开的电容叫旁路电容，作为级间耦合的电容叫耦合电容。　当加在一个实际电容器两端的电压超过某一个限度时，两极板间的绝缘介质将被击穿而导电，形成短路，故电容器均有一定的耐压值，又称为电容器的额定直流工作电压。它是电容器在电路中长期(不少于1万小时)可靠工作所能承受的最高

5、直流电压。4.1.2电容元件的伏安关系电容元件两端的电压发生变化时，两极板积累的电荷量也要发生变化，电路中出现了电荷的移动，便形成电流。　　如图4-3所示，当电容上的电压u和电流i为关联参考方向时，根据电流的定义，得由　　　得q=Cu，代入上式，得(4-2)(4-3)图4-3电容元件电压、电流方向这就是关联参考方向下电容元件的伏安关系。式(4-3)表明，流过电容的电流与电容两端电压的变化率成正比。也就是说，电容元件任一瞬间电流的大小并不取决于这一瞬间电压的大小，而是取决于这一瞬间电压变化率的大小。电压变化越快，电流越大；电压变化越慢，电

6、流越小。如果电容两端电压保持不变，则通过它的电流为零，因此直流电路中电容元件相当于开路。　　由于电容电流只取决于它两端电压的变化率，所以电容元件又叫动态元件。4.1.3电容元件的储能　　电容器两极板有电压，介质中就有电场，并储存电场能量。因此，电容元件是一种储能元件。　　当电容元件电压与电流为关联参考方向时，电容元件的瞬时功率为　　若p＞0，说明电容吸收能量(功率)，处于充电状态；若p＜0，则电容处于放电状态，向外释放能量(功率)。这说明电容能在一段时间内吸收外部供给的能量并储存起来，在另一段时间内又把能量释放回电路，它本身并不消

7、耗能量。(4-4)设t＝0瞬间电容元件的电压为零，经过时间t后电压升高至u，则电容C从0到t时间内储存的电场能量为若C、u的单位分别为法拉(F)、伏特(V)，则WC的单位为焦耳(J)。　　式(4-5)表明，电容元件在某一时刻的储能，只与这一时刻的电压有关，与达到u的过程、电流的大小及有无电流无关。也就是说，只要电容两端有电压，就存在储能。(4-5)4.1.4电容元件的串、并联等效在实际工作中，选用电容器时必须考虑它的电容量和耐压能力。当遇到电容的大小不合适或耐压不够的问题时，就可以把几个电容器串联、并联或混联使用。1.电容器的串联把

8、几个电容器各极板首尾相接，顺序连成一个无分支电路的连接方式叫做电容器的串联。如图4-4所示为三个电容器串联的