以下均为个人理解,如有错误,请大佬指出,小生立马就改正。
以下均为理想化的模型。

电路分析 基础 电容和电感元件

  • 1.电容元件
    • 1.1电容的基本结构
    • 1.2电容的基本功能
    • 1.3电容的分类
      • 1.3.1时变电容和时不变电容
      • 1.3.2线性电容和非线性电容
    • 1.4时不变电容元件的图形符号及其特性曲线
    • 1.5电容的单位换算
    • 1.6电容的电压——电流关系
    • 1.7电容电压的连续性和记忆性
    • 1.8电容VCR的微分式和积分式
    • 1.9电容的功率和储能计算
    • 1.10电容部分的例题
  • 2.电感元件
    • 2.1电感的基本功能
    • 2.2时不变电感元件的图形符号
    • 2.3时不变电感元件的特性曲线
    • 2.4电感的单位换算
    • 2.5电感VCR的微分式和积分式
    • 2.6电感电压的连续性和记忆性
    • 2.7电感的功率和储能计算

1.电容元件

1.1电容的基本结构

暂略,书上p91

1.2电容的基本功能

在电路理论中,电容元件只具有储存电荷(电场能量)的作用。

1.3电容的分类

1.3.1时变电容和时不变电容

时变电容:电容的特性曲线会随着时间的变化而变化。
时不变电容:电容的特性曲线不会随着时间的变化而变化。

1.3.2线性电容和非线性电容

这个就不需要解释了。
下面主要讨论的为时不变电容。

1.4时不变电容元件的图形符号及其特性曲线

下图为时不变电容元件的图形符号及其特性曲线
下图中,C为电容符号,q为电荷,u为电容的电压。
由此看出,q=Cu。

1.5电容的单位换算

F,法拉,为电容的单位
1F=106uF
1uF=106pF

1.6电容的电压——电流关系

i=dqdt\frac{dq}{dt}dtdq​=dCudt\frac{dCu}{dt}dtdCu​=Cdudt\frac{du}{dt}dtdu​

注意:(以下这部分知识和高数中的积分微分有关,如有不懂,那只能去补习积分微分了)
1.某一时刻电容电流 i 的大小取决于电容电压 u 的变化率,而与该时刻电压 u 的大小无关。电容是动态元件。
2.当 u 为常数(直流)时,i =0,电容相当于开路,电容有隔断直流作用。
3.实际电路中通过电容的电流 i 为有限值,则电容电压 u 必定是时间的连续函数。

1.7电容电压的连续性和记忆性

若电容电流i(t)在闭区间[ta,tb]上有界,则电容电压u(t)在开区间(ta,tb)内为连续的。
即对于(ta,tb)内的任意时刻t,恒有u(t-) = u(t+) = u(t)(类似极限的定义)
注意:若电容电流有界,则电容电压不能跃变。

1.8电容VCR的微分式和积分式

i(t)=Cdudt\frac {du}{dt}dtdu​

u(t)=u(aaa)+1C\frac{1}{C}C1​∫abidx\int^b_a{i}{\rm d}x∫ab​idx

电压公式中,a为t0t_0t0​,b为t。
u(t0t_0t0​)称为电容电压的初始值,它反映电容初始时刻的储能状况,也称为初始状态。
定理:
1.某一时刻的电容电压值与-∞到该时刻的所有电流值有关,即电容元件有记忆电流的作用,故称电容元件为记忆元件。
2.研究某一初始时刻t0t_0t0​以后的电容电压,需要知道t0t_0t0​时刻开始作用的电流 i 和t0t_0t0​时刻的电压 u(t0t_0t0​)。

1.9电容的功率和储能计算

功率:
P=ui=uCdudt\frac {du}{dt}dtdu​
①当电容充电, p >0, 电容吸收功率。
②当电容放电,p <0, 电容发出功率。
定理:电容能在一段时间内吸收外部供给的能量转化为电场能量储存起来,在另一段时间内又把能量释放回电路,因此电容元件是储能元件,它本身不消耗能量。

储能:
WcW_cWc​=12\frac {1}{2}21​Cu2u^2u2(t0t_0t0​)
从t0到 t 电容储能的变化量:
WcW_cWc​=12\frac {1}{2}21​Cu2u^2u2(ttt)-12\frac {1}{2}21​Cu2u^2u2(t0t_0t0​)

定理:
1.电容的储能只与当时的电压值有关,电容电压不能跃变,反映了储能不能跃变。
2.电容储存的能量一定大于或等于零。

1.10电容部分的例题




2.电感元件

2.1电感的基本功能

把金属导线绕在一骨架上构成一实际电感线圈,当电流通过线圈时,将产生磁通,是一种抵抗电流变化、储存磁能的部件。

2.2时不变电感元件的图形符号

2.3时不变电感元件的特性曲线

2.4电感的单位换算

H (亨利),为电感的单位,常用uH,mH表示。
1H=10310^3103mH
1mH =10310^3103uH

2.5电感VCR的微分式和积分式

u(t)=Ldidt\frac {di}{dt}dtdi​

定理:
①电感电压u 的大小取决于 i 的变化率, 与 i 的大小无关,电感是动态元件。
②当i为常数(直流)时,u =0。电感相当于短路。
③实际电路中电感的电压 u 为有限值,则电感电流 i 不能跃变,必定是时间的连续函数

i(t)=i(t0t_0t0​)+1L\frac{1}{L}L1​∫abvdx\int^b_a{v}{\rm d}x∫ab​vdx

定理:
①某一时刻的电感电流值与-∞到该时刻的所有电流值有关,即电感元件有记忆电压的作用,电感元件也是记忆元件。
②研究某一初始时刻t0t_0t0​以后的电感电流,不需要了解t0t_0t0​以前的电流,只需知道t0t_0t0​时刻开始作用的电压 u 和t0时刻的电流 i(t0t_0t0​)。

注意:
①上式中 i(t0t_0t0​)称为电感电压的初始值,它反映电感初始时刻的储能状况,也称为初始状态。

2.6电感电压的连续性和记忆性

①若电感电压u(t)在闭区间[ta,tb]上有界,则电感电流i(t)在开区间(ta,tb)内为连续的。即对于(ta,tb)内的任意时刻t,恒有i(t-) = i(t+) = i(t)(类似极限的定义)
②若电感电压有界,则电感电流不能跃变。

2.7电感的功率和储能计算

功率:
P=ui=Ldudt\frac {du}{dt}dtdu​i
①当电流增大,p>0, 电感吸收功率。
②当电流减小,p<0, 电感发出功率。
定理:
电感能在一段时间内吸收外部供给的能量转化为磁场能量储存起来,在另一段时间内又把能量释放回电路,因此电感元件是无源元件、是储能元件,它本身不消耗能量。

储能:
WLW_LWL​=12\frac {1}{2}21​Li2i^2i2(t0t_0t0​)
从t0到 t 电感储能的变化量:
WLW_LWL​=12\frac {1}{2}21​Li2i^2i2(ttt)-12\frac {1}{2}21​Li2i^2i2(t0t_0t0​)

定理:
1.电感的储能只与当时的电流值有关,电感电流不能跃变,反映了储能不能跃变。
2.电感储存的能量一定大于或等于零。

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