電工學(xué)第3章：電路的瞬態(tài)過程ppt課件

1、 教教 學(xué)學(xué) 目目 標(biāo)標(biāo)電路與電子技術(shù)電路與電子技術(shù)(電工學(xué)電工學(xué)) 普通高等教育普通高等教育“十一五十一五國家級國家級規(guī)劃教材規(guī)劃教材第第3 3章章 電路的過渡過程電路的過渡過程電路與電子技術(shù)電路與電子技術(shù)(電工學(xué)電工學(xué)) 普通高等教育普通高等教育“十一五十一五國家級國家級規(guī)劃教材規(guī)劃教材第第3 3章章 電路的過渡過程電路的過渡過程概述概述 第一節(jié)第一節(jié)RC電路的過渡過程電路的過渡過程第二節(jié)第二節(jié)一階電路的三要素法一階電路的三要素法第三節(jié)第三節(jié)RL電路的過渡過程電路的過渡過程第四節(jié)第四節(jié)微分電路與積分電路微分電路與積分電路第五節(jié)第五節(jié)一、電路的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)一、電路的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)電路與電子技術(shù)電路

2、與電子技術(shù)(電工學(xué)電工學(xué)) 普通高等教育普通高等教育“十一五十一五國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄第第3 3章章 電路的過渡過程電路的過渡過程概述概述 所謂穩(wěn)定狀態(tài)，是指電路中電流和電壓等物理量在給定激勵的條件下已達到某一穩(wěn)定值。穩(wěn)定狀態(tài)簡稱穩(wěn)態(tài)。穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài) 當(dāng)電路的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化(例如電路的接通、斷開、短路等)，以及電路的參數(shù)或電源突然改變時，電路的工作狀態(tài)將發(fā)生變化，其中，電壓、電流等物理量將從原來的穩(wěn)定值變化到新的穩(wěn)定值。電路從一個穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另一個穩(wěn)定狀態(tài)需要經(jīng)歷的一個中間過程。暫態(tài)過程暫態(tài)過程3.1 概概 述述二、暫態(tài)過程產(chǎn)生的原因二、暫態(tài)過程產(chǎn)生的原因電路

3、與電子技術(shù)電路與電子技術(shù)(電工學(xué)電工學(xué)) 普通高等教育普通高等教育“十一五十一五國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄第第3 3章章 電路的過渡過程電路的過渡過程概述概述 把由電路的結(jié)構(gòu)(例如電路的接通、斷開、短路等)、參數(shù)和電源變化所引起的電路狀態(tài)的變化統(tǒng)稱為換路。外在原因：換路外在原因：換路 儲能元件電感元件和電容元件的能量不能突變，這是產(chǎn)生過渡過程的根本原因。內(nèi)在原因：電路中存在儲能元件內(nèi)在原因：電路中存在儲能元件 直流電路、交流電路都存在過渡過程, 我們討論的是直流電路的過渡過程。二、暫態(tài)過程產(chǎn)生的原因二、暫態(tài)過程產(chǎn)生的原因電路與電子技術(shù)電路與電子技術(shù)(電工學(xué)電工學(xué)) 普

4、通高等教育普通高等教育“十一五十一五國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄第第3 3章章 電路的過渡過程電路的過渡過程概述概述 能量的積累或衰減都需要一定的時間，否則將意味著無窮大功率的存在，即 。 這與實際情況不符。通常，功率是有限的，能量只能作連續(xù)變化。dtdWP 電路中電感元件儲存的磁場能量為 ， 電容元件儲存的電場能量為 ， 基于同樣的能量不能突變的道理，故電感元件中的電流和電容元件兩端的電壓也都是不能發(fā)生突變的,它們都是時間的連續(xù)函數(shù)。212LWLi212CWCu三、換路定律與環(huán)路初始值的確定三、換路定律與環(huán)路初始值的確定電路與電子技術(shù)電路與電子技術(shù)(電工學(xué)電工學(xué)) 普

5、通高等教育普通高等教育“十一五十一五國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄第第3 3章章 電路的過渡過程電路的過渡過程概述概述 設(shè)t = 0為換路時刻， t = 0_表示換路前的終了時刻， t=0+ 表示換路后的初始時刻。 那么，從t = 0_到t=0+，即換路前后瞬間，電感元件中的電流和電容元件兩端的電壓不能突變，這一規(guī)律就稱為換路定律。換路定律僅用于換路瞬間來確定暫態(tài)過程中uc、 iL 的初始值。電感元件中的電流和電容元件兩端的電壓稱為狀態(tài)量，電路中其他的電壓和電流為非狀態(tài)量。換路定律換路定律)0()0(CCuu)0()0(LL三、換路定律與環(huán)路初始值的確定三、換路定律與環(huán)路

6、初始值的確定電路與電子技術(shù)電路與電子技術(shù)(電工學(xué)電工學(xué)) 普通高等教育普通高等教育“十一五十一五國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄第第3 3章章 電路的過渡過程電路的過渡過程概述概述穩(wěn)態(tài)電路中穩(wěn)態(tài)電路中L,C的等效處理的等效處理dtdiLLuL 當(dāng)iL為一個常數(shù)時，uL0，相當(dāng)于電感做短路處理，等效為一根導(dǎo)線。tuCiCCdddtdq 當(dāng)uC為一個常數(shù)時，iC0，相當(dāng)于電容做開路處理。三、換路定律與環(huán)路初始值的確定三、換路定律與環(huán)路初始值的確定電路與電子技術(shù)電路與電子技術(shù)(電工學(xué)電工學(xué)) 普通高等教育普通高等教育“十一五十一五國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材下一頁上一頁節(jié)首頁章目

7、錄第第3 3章章 電路的過渡過程電路的過渡過程概述概述電路中電路中L,C的等效處理的等效處理 L恒流源如電流為0，則將恒流源斷開處理 C恒壓源如電壓為0，則將恒壓源短路處理0t L短路 C開路 0t L短路 C開路t演示1演示2電路與電子技術(shù)電路與電子技術(shù)(電工學(xué)電工學(xué)) 普通高等教育普通高等教育“十一五十一五國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄第第3 3章章 電路的過渡過程電路的過渡過程概述概述電路中電路中L,C的等效處理的等效處理 L短路 C開路 0t L短路 C開路t返回(a) L電感(b) C電容電路與電子技術(shù)電路與電子技術(shù)(電工學(xué)電工學(xué)) 普通高等教育普通高等教育“十

8、一五十一五國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄第第3 3章章 電路的過渡過程電路的過渡過程概述概述電路中電路中L,C的等效處理的等效處理 L恒流源如電流為0，則將恒流源斷開處理 C恒壓源如電壓為0，則將恒壓源短路處理0tiL(0_)iL(0+)(a) 電感的等效變換iL(0+)=0AiL(0+)=0A時時電路與電子技術(shù)電路與電子技術(shù)(電工學(xué)電工學(xué)) 普通高等教育普通高等教育“十一五十一五國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄第第3 3章章 電路的過渡過程電路的過渡過程概述概述電路中電路中L,C的等效處理的等效處理 L恒流源如電流為0，則將恒流源斷開處理 C恒壓源如

9、電壓為0，則將恒壓源短路處理0t返回uC(0+)uC(0_)(b) 電容的等效變換uC(0+)=0V時電路與電子技術(shù)電路與電子技術(shù)(電工學(xué)電工學(xué)) 普通高等教育普通高等教育“十一五十一五國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄第第3 3章章 電路的過渡過程電路的過渡過程概述概述應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例1.t=01.t=0等效電路等效電路)0(Cu+ cR2R1SU+-+-)0 (i 例1 如下圖，電路原先處于穩(wěn)定狀態(tài)，在t=0時，開關(guān)S閉合，求電路中標(biāo)注的電壓、電流的初始值和穩(wěn)態(tài)值。U= 6V，R110k，R220k， C=1000PF， 解：解：)0(0uVuAiVucc0)0(0)0(

10、0)0(0iCuc+ R2R1S0 tU+-+-0u L短路 C開路電路與電子技術(shù)電路與電子技術(shù)(電工學(xué)電工學(xué)) 普通高等教育普通高等教育“十一五十一五國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄第第3 3章章 電路的過渡過程電路的過渡過程概述概述2.t=02.t=0等效電路等效電路解：解：VumAKVRUiVuuccc6)0(3 . 0206)0(0)0()0(02R2SU+-)0(i+-)0(0uR2R1SU+-)0(i+UC(0+)-+-)0(0uiCuc+ R2R1S0 tU+-+-0uL恒流源C恒壓源電路與電子技術(shù)電路與電子技術(shù)(電工學(xué)電工學(xué)) 普通高等教育普通高等教育“十一

11、五十一五國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄第第3 3章章 電路的過渡過程電路的過渡過程概述概述R2R1SU+-)(iU0+-)(Cu+ 解：解：mAKVRRUi2 . 0306)(21VKmARiuc210*2 . 0)()(1t3. 3. 等效電路等效電路iCuc+ R2R1S0 tU+-+-0u L短路 C開路四、研究過渡過程的意義及方法四、研究過渡過程的意義及方法電路與電子技術(shù)電路與電子技術(shù)(電工學(xué)電工學(xué)) 普通高等教育普通高等教育“十一五十一五國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄第第3 3章章 電路的過渡過程電路的過渡過程概述概述意義：意義：電路暫態(tài)分

12、析的內(nèi)容：電路暫態(tài)分析的內(nèi)容： 1. 利用電路暫態(tài)過程產(chǎn)生特定波形的電信號。 如鋸齒波、三角波、尖脈沖等，應(yīng)用于電子電路。 2. 控制、預(yù)防可能產(chǎn)生的危害。 暫態(tài)過程開始的瞬間可能產(chǎn)生過電壓、過電流 使電氣設(shè)備或元件損壞。1. 暫態(tài)過程中電壓、電流隨時間變化的規(guī)律。2. 影響暫態(tài)過程快慢的電路的參數(shù)。四、研究過渡過程的意義及方法四、研究過渡過程的意義及方法電路與電子技術(shù)電路與電子技術(shù)(電工學(xué)電工學(xué)) 普通高等教育普通高等教育“十一五十一五國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄第第3 3章章 電路的過渡過程電路的過渡過程概述概述方法：方法： 過渡過程分析的最基本方法是經(jīng)典法。 其實

13、質(zhì)是根據(jù)歐姆定律和基爾霍夫定律列出表征該電路工作狀態(tài)的以時間為自變量的微分方程，然后再利用已知的初始條件求解。只有一個儲能元件或通過簡化可化成一個儲能元件的電路，稱為一階電路，因為其過渡過程可以用一階微分方程來描述。對于一階電路，還可采用三要素法來快速求解。一、一、RC電路的零輸入響應(yīng)電路的零輸入響應(yīng)電路與電子技術(shù)電路與電子技術(shù)(電工學(xué)電工學(xué)) 普通高等教育普通高等教育“十一五十一五國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄第第3 3章章 電路的過渡過程電路的過渡過程RCRC電路的過渡過程電路的過渡過程零輸入響應(yīng)零輸入響應(yīng): : 僅由電容元件的初始儲能所產(chǎn)生的電路的響應(yīng)。在外界輸入為

14、零的情況下，全靠電容的初始儲能作為激勵所產(chǎn)生的響應(yīng) 。 實質(zhì)：RC電路的放電過程。UuC)0(+-SRUab+ CiCu0 tRu+cUuC)0(電容C 經(jīng)電阻R 放電t=0時開關(guān), Sb換路前電路已處穩(wěn)態(tài) 圖示電路中3.2 RC電路的過渡過程電路的過渡過程代入上式得代入上式得0CCudtduRCdtduCCC RuR 1) 1) 列列 KVLKVL方程方程0 CRuu1.1.電容電壓電容電壓 uC uC 的變化規(guī)律的變化規(guī)律(t (t 0) 0)UuC )0(+-SRUab+ CiCu0 tRu+c下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄第第3 3章章 電路的過渡過程電路的過渡過程RCRC電路的過渡過程電路

15、的過渡過程ptAuCe:通解2) 2) 解方程解方程一階線性常系數(shù) 齊次微分方程0CCudtduRCdtduRCuCC電路與電子技術(shù)電路與電子技術(shù)(電工學(xué)電工學(xué)) 普通高等教育普通高等教育“十一五十一五國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄第第3 3章章 電路的過渡過程電路的過渡過程RCRC電路的過渡過程電路的過渡過程11lnCdtRCuc11CdtRCCeutRCCAetu1)(齊次微分方程的通解：齊次微分方程的通解： dtduRCuCCdtRCuduCC1電路與電子技術(shù)電路與電子技術(shù)(電工學(xué)電工學(xué)) 普通高等教育普通高等教育“十一五十一五國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材下一頁上一

16、頁節(jié)首頁章目錄第第3 3章章 電路的過渡過程電路的過渡過程RCRC電路的過渡過程電路的過渡過程)0()0()0()(11teueututCtRCCC)0()0(CCuUuUAAeuRCC01)0(, )0(Uuc)0(t 電路與電子技術(shù)電路與電子技術(shù)(電工學(xué)電工學(xué)) 普通高等教育普通高等教育“十一五十一五國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材RCtURiuCR eRCtRUdtduCiCC eRCtUuC e 電容電壓電容電壓tCuCiRu3. 3. 、 、 變化曲線變化曲線CiCuRu下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄第第3 3章章 電路的過渡過程電路的過渡過程RCRC電路的過渡過程電路的過渡過程O電路與電子技

17、術(shù)電路與電子技術(shù)(電工學(xué)電工學(xué)) 普通高等教育普通高等教育“十一五十一五國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材2) 物理意義RC 令:1) 量綱SVSA UUeuc008 .361 t當(dāng) 時RCtUtuC e)(008 .36 時間常數(shù)等于電壓Cu衰減到初始值U 的所需的時間。電路與電子技術(shù)電路與電子技術(shù)(電工學(xué)電工學(xué)) 普通高等教育普通高等教育“十一五十一五國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄第第3 3章章 電路的過渡過程電路的過渡過程RCRC電路的過渡過程電路的過渡過程0.368U23Cu 1U0RC tRCtUeUeuC 321 t0uc電路與電子技術(shù)電路與電子技術(shù)(電工學(xué)電工學(xué))

18、 普通高等教育普通高等教育“十一五十一五國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄第第3 3章章 電路的過渡過程電路的過渡過程RCRC電路的過渡過程電路的過渡過程當(dāng)當(dāng) t =5t =5 時，過渡過程基本結(jié)束，時，過渡過程基本結(jié)束，uC uC 達到穩(wěn)態(tài)值。達到穩(wěn)態(tài)值。0Cu t0Cu) 53( t Cu0.368U0.135U0.050U0.018U0.007U0.002U 2 3 46 51e 2e 3e 4e 5e 6e t e te 電路與電子技術(shù)電路與電子技術(shù)(電工學(xué)電工學(xué)) 普通高等教育普通高等教育“十一五十一五國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄第第3 3章

19、章 電路的過渡過程電路的過渡過程RCRC電路的過渡過程電路的過渡過程二、二、RC電路的零狀態(tài)響應(yīng)電路的零狀態(tài)響應(yīng)電路與電子技術(shù)電路與電子技術(shù)(電工學(xué)電工學(xué)) 普通高等教育普通高等教育“十一五十一五國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄第第3 3章章 電路的過渡過程電路的過渡過程RCRC電路的過渡過程電路的過渡過程零狀態(tài)響應(yīng)零狀態(tài)響應(yīng): : 儲能元件的初始能量為零， 僅由電源激勵所產(chǎn)生的電路的響應(yīng)。在電容的初始儲能為零的情況下全靠直流電源作為激勵所產(chǎn)生的響應(yīng) 。 實質(zhì)：RC電路的充電過程。VuC0)0(電容C 經(jīng)電阻R 充電t=0時開關(guān) , bS 換路前電路已處穩(wěn)態(tài) 圖示電路中Vu

20、C0)0(RRu+Sa0t+-UbCi+ Cuc代入上式得代入上式得UudtduRCCCdtduCCC RuR 1) 1) 列列 KVLKVL方程方程UuuCR1.1.電容電壓電容電壓 uC uC 的變化規(guī)律的變化規(guī)律(t (t 0) 0)下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄第第3 3章章 電路的過渡過程電路的過渡過程RCRC電路的過渡過程電路的過渡過程RCtCAAupt ee2) 2) 解方程解方程一階線性常系數(shù)非齊次微分方程VuC0)0(RRu+Sa0t+-UbCi+ CucCCCuutu )(即即電路與電子技術(shù)電路與電子技術(shù)(電工學(xué)電工學(xué)) 普通高等教育普通高等教育“十一五十一五國家級規(guī)劃教材國家級

21、規(guī)劃教材電路與電子技術(shù)電路與電子技術(shù)(電工學(xué)電工學(xué)) 普通高等教育普通高等教育“十一五十一五國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄第第3 3章章 電路的過渡過程電路的過渡過程RCRC電路的過渡過程電路的過渡過程2) 2) 解方程解方程Cu求特解求特解 - - UutuCC)()(tCCCAeUuuu ）（令RCUA則, )0(0Vuc)0(t )1)()1 ()(tCtCAeuAeUtu）（0t暫態(tài)分量暫態(tài)分量穩(wěn)態(tài)分量穩(wěn)態(tài)分量電路達到電路達到穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)時的電壓時的電壓tCu-UCu Cu+UCu僅存在僅存在于暫態(tài)于暫態(tài)過程中過程中 63.2%U-36.8%U電路與電子技術(shù)電

22、路與電子技術(shù)(電工學(xué)電工學(xué)) 普通高等教育普通高等教育“十一五十一五國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄第第3 3章章 電路的過渡過程電路的過渡過程RCRC電路的過渡過程電路的過渡過程)1)()1 ()(tCtCAeuAeUtu）（0tCiCutCuCi當(dāng)當(dāng) t = t = 時：時：UeUuC%2 .63)1 ()(1)1(RCteUuC0 teRUdtduCitcC URU電路與電子技術(shù)電路與電子技術(shù)(電工學(xué)電工學(xué)) 普通高等教育普通高等教育“十一五十一五國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄第第3 3章章 電路的過渡過程電路的過渡過程RCRC電路的過渡過程電路

23、的過渡過程RCteUuRCuCiRuRu三、三、RC電路的全響應(yīng)電路的全響應(yīng)電路與電子技術(shù)電路與電子技術(shù)(電工學(xué)電工學(xué)) 普通高等教育普通高等教育“十一五十一五國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄第第3 3章章 電路的過渡過程電路的過渡過程RCRC電路的過渡過程電路的過渡過程全響應(yīng)全響應(yīng): : 電源激勵、儲能元件的初始能量均不為零時，電路中的響應(yīng)。0)0(UuC電容C 經(jīng)電阻R 充電t=0時開關(guān)S閉合換路前電路已處穩(wěn)態(tài) 圖示電路中uC (0 -) = UosRU+_C+_i0tuc0UU 0UU 電容C 經(jīng)電阻R 放電0)0(UuCSCiab0 tR+-U0Ru+ Cuc+-U

24、0)0(UuCSCiab0 tR+-U0Ru+ Cuc0)0(UuCSCiab0 tR+-U0Ru+ Cuc+-U全響應(yīng)全響應(yīng)零輸入響應(yīng)零輸入響應(yīng)零狀態(tài)響應(yīng)零狀態(tài)響應(yīng)VuC0)0(RRu+Sa0t+-UbCi+ Cuc電路與電子技術(shù)電路與電子技術(shù)(電工學(xué)電工學(xué)) 普通高等教育普通高等教育“十一五十一五國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材下一頁上一頁章目錄第第3 3章章 電路的過渡過程電路的過渡過程RCRC電路的過渡過程電路的過渡過程節(jié)首頁RCteUtuC0)(RCtUeUtuC)()0()()0()()1 ()(0teuuueUeUtuRCtCCCRCtRCtC電路與電子技術(shù)電路與電子技術(shù)(電工學(xué)電工

25、學(xué)) 普通高等教育普通高等教育“十一五十一五國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材下一頁上一頁章目錄第第3 3章章 電路的過渡過程電路的過渡過程RCRC電路的過渡過程電路的過渡過程0)0(UuCSCiab0 tR+-U0Ru+ CucVuC0)0(RRu+Sa0t+-UbCi+ Cuc零輸入響應(yīng)零輸入響應(yīng)零狀態(tài)響應(yīng)零狀態(tài)響應(yīng)全響應(yīng)全響應(yīng)0)0(UuCSCiab0 tR+-U0Ru+ Cuc+-U節(jié)首頁電路與電子技術(shù)電路與電子技術(shù)(電工學(xué)電工學(xué)) 普通高等教育普通高等教育“十一五十一五國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄第第3 3章章 電路的過渡過程電路的過渡過程RCRC電路的過渡過程電路

26、的過渡過程) 0()1( 0 teUeUuRCtRCtC) 0( )( 0 teUUURCt穩(wěn)態(tài)分量穩(wěn)態(tài)分量零輸入響應(yīng)零輸入響應(yīng)零狀態(tài)響應(yīng)零狀態(tài)響應(yīng)暫態(tài)分量暫態(tài)分量全響應(yīng)全響應(yīng)穩(wěn)態(tài)值穩(wěn)態(tài)值初始值初始值電路與電子技術(shù)電路與電子技術(shù)(電工學(xué)電工學(xué)) 普通高等教育普通高等教育“十一五十一五國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄第第3 3章章 電路的過渡過程電路的過渡過程RCRC電路的過渡過程電路的過渡過程) 0()1( 0 teUeUuRCtRCtC0U0)(UUatCu0UteU0Cu)1 (teU電路與電子技術(shù)電路與電子技術(shù)(電工學(xué)電工學(xué)) 普通高等教育普通高等教育“十一五十一五國

27、家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄第第3 3章章 電路的過渡過程電路的過渡過程RCRC電路的過渡過程電路的過渡過程tCu00U0)(UUaUteU0Cu)1 (teU0U0)(UUbtCu0UCu)1(teUteU0( )( )(0 )( )tCCCCutuuue ) 0()1( 0 teUeUuRCtRCtC電路與電子技術(shù)電路與電子技術(shù)(電工學(xué)電工學(xué)) 普通高等教育普通高等教育“十一五十一五國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材下一頁上一頁章目錄第第3 3章章 電路的過渡過程電路的過渡過程RCRC電路的過渡過程電路的過渡過程0( )tCutUUU e穩(wěn)態(tài)分量穩(wěn)態(tài)分量暫態(tài)分量暫態(tài)分量節(jié)首

28、頁電路與電子技術(shù)電路與電子技術(shù)(電工學(xué)電工學(xué)) 普通高等教育普通高等教育“十一五十一五國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材下一頁上一頁章目錄第第3 3章章 電路的過渡過程電路的過渡過程RCRC電路的過渡過程電路的過渡過程0U0)(UUct)(tf00)(UUdt)(tf00UUUuCCutCeUUu )(0UU 0UUuCCutCeUUu )(0UU 00( )tCutUUU e節(jié)首頁3.3 一階電路的三要素法一階電路的三要素法電路與電子技術(shù)電路與電子技術(shù)(電工學(xué)電工學(xué)) 普通高等教育普通高等教育“十一五十一五國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄第第3 3章章 電路的過渡過程電路的過渡

29、過程一階電路的三要素法一階電路的三要素法一階電路一階電路: : 僅含一個儲能元件或可等效為一個儲能元件的線性電路,且由一階微分方程描述，稱為一階線性電路。0( )tCutUUU e( )( )(0 )( )tCCCCutuuue uC (0 -) = UosRU+_C+_i0tucUuC )(穩(wěn)態(tài)解穩(wěn)態(tài)解初始值初始值0)0()0(UuuCC電路與電子技術(shù)電路與電子技術(shù)(電工學(xué)電工學(xué)) 普通高等教育普通高等教育“十一五十一五國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄)(tf-)(f-)0(f - teffftf )()0()()()0( f)( f第第3 3章章 電路的過渡過程電路的過

30、渡過程一階電路的三要素法一階電路的三要素法電路與電子技術(shù)電路與電子技術(shù)(電工學(xué)電工學(xué)) 普通高等教育普通高等教育“十一五十一五國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材下一頁上一頁章目錄第第3 3章章 電路的過渡過程電路的過渡過程一階電路的三要素法一階電路的三要素法1. 1. 求初始值、穩(wěn)態(tài)值、時間常數(shù)；求初始值、穩(wěn)態(tài)值、時間常數(shù)； (1). (1).畫畫t=0-t=0-的電路圖，只需求的電路圖，只需求uc(0-)uc(0-)和和iL(0-)iL(0-)的數(shù)值。的數(shù)值。 畫畫t=0+t=0+的電路圖，求出其他的非狀態(tài)量的初的電路圖，求出其他的非狀態(tài)量的初始值。始值。 畫畫t=t=的電路圖，求出各物理量的電路

31、圖，求出各物理量時刻的穩(wěn)時刻的穩(wěn)態(tài)值。態(tài)值。 (2). (2).換路后的電路圖中，將換路后的電路圖中，將L,CL,C從電路當(dāng)中斷開，從從電路當(dāng)中斷開，從此處看進去，將電路中的電源全部置零，電壓源作短路此處看進去，將電路中的電源全部置零，電壓源作短路處理，電流源做開路處理，求得等效電阻處理，電流源做開路處理，求得等效電阻R R，進而求得時，進而求得時間常數(shù)的數(shù)值。間常數(shù)的數(shù)值。3. 3. 畫出暫態(tài)電路電壓、電流隨時間變化的曲線。畫出暫態(tài)電路電壓、電流隨時間變化的曲線。2. 2. 將求得的三要素結(jié)果代入暫態(tài)過程通用表達式；將求得的三要素結(jié)果代入暫態(tài)過程通用表達式；節(jié)首頁電路與電子技術(shù)電路與電子技術(shù)

32、(電工學(xué)電工學(xué)) 普通高等教育普通高等教育“十一五十一五國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材下一頁上一頁章目錄第第3 3章章 電路的過渡過程電路的過渡過程一階電路的三要素法一階電路的三要素法注意 1. 1.若不畫若不畫 t =(0+) t =(0+) 的等效電路，則在所列的等效電路，則在所列 t t =0+=0+時的方程中應(yīng)有時的方程中應(yīng)有 uc = uc( 0+)、iL = iL ( 0+)。CR0 0RL 節(jié)首頁Cuc+ U+-R2R1S0 tR2R1R0R0U+-CR1t=0R2R3SR0R2R3R1R0(a)(a)(b)(b)(c)(c)(d)(d)電路與電子技術(shù)電路與電子技術(shù)(電工學(xué)電工學(xué))

33、 普通高等教育普通高等教育“十一五十一五國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材下一頁上一頁章目錄第第3 3章章 電路的過渡過程電路的過渡過程一階電路的三要素法一階電路的三要素法應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例節(jié)首頁電路與電子技術(shù)電路與電子技術(shù)(電工學(xué)電工學(xué)) 普通高等教育普通高等教育“十一五十一五國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材下一頁上一頁章目錄第第3 3章章 電路的過渡過程電路的過渡過程一階電路的三要素法一階電路的三要素法應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例: :cuci電路如圖，電路如圖，t=0t=0時開關(guān)時開關(guān)S S合到合到2 2， S S合在合在1 1時電路已處穩(wěn)態(tài)。時電路已處穩(wěn)態(tài)。求電容電壓求電容電壓 和電流和電流 。已知。已知R1

34、R11k1k，R2 = 2kR2 = 2k，R3=5 kR3=5 k，C=1FC=1F，電流源，電流源IS=5mAIS=5mA。 R1S120 tR3+ Cuc R2SIci節(jié)首頁電路與電子技術(shù)電路與電子技術(shù)(電工學(xué)電工學(xué)) 普通高等教育普通高等教育“十一五十一五國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材下一頁上一頁章目錄第第3 3章章 電路的過渡過程電路的過渡過程一階電路的三要素法一階電路的三要素法cR11 R2SI+ ）（0Cu）（0ci（1 1求初始值求初始值 換路前，電路已處于穩(wěn)定狀態(tài)，電容相當(dāng)于斷路，換路前，電路已處于穩(wěn)定狀態(tài)，電容相當(dāng)于斷路，所以，電容兩端的電壓就等于電阻所以，電容兩端的電壓就等

35、于電阻R2R2兩端的電壓，即兩端的電壓，即 )(1025)0(2VRIuSC)(0)0(AiC根據(jù)換路定律根據(jù)換路定律Vuucc10)0()0(t=0_t=0_等效電路等效電路節(jié)首頁電路與電子技術(shù)電路與電子技術(shù)(電工學(xué)電工學(xué)) 普通高等教育普通高等教育“十一五十一五國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材下一頁上一頁章目錄第第3 3章章 電路的過渡過程電路的過渡過程一階電路的三要素法一階電路的三要素法（1 1求初始值求初始值 電容兩端的電壓是狀態(tài)量，電容當(dāng)中流過的電流是電容兩端的電壓是狀態(tài)量，電容當(dāng)中流過的電流是非狀態(tài)量，需要在換路后的初始時刻電路中求解。此非狀態(tài)量，需要在換路后的初始時刻電路中求解。此時

36、電容兩端的電壓可用恒壓源替換，即時電容兩端的電壓可用恒壓源替換，即 mAKVRuiCC2510)0()0(3根據(jù)換路定律根據(jù)換路定律Vuucc10)0()0(t=0t=0等效電路等效電路c+ ）（0ciS0 tR3）（0Cu10V+-節(jié)首頁電路與電子技術(shù)電路與電子技術(shù)(電工學(xué)電工學(xué)) 普通高等教育普通高等教育“十一五十一五國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材下一頁上一頁章目錄第第3 3章章 電路的過渡過程電路的過渡過程一階電路的三要素法一階電路的三要素法R11 R2SI)(0)(VuC)(0)(AiC（2 2求穩(wěn)態(tài)值求穩(wěn)態(tài)值 換路后，電容通過電阻換路后，電容通過電阻R3R3放電，最后到達穩(wěn)態(tài)放電，最后

37、到達穩(wěn)態(tài) （ ）時，電容上的電壓全部放完，即）時，電容上的電壓全部放完，即 tc+ ）（Cu）（ciS20 tR3 等效電路等效電路t節(jié)首頁電路與電子技術(shù)電路與電子技術(shù)(電工學(xué)電工學(xué)) 普通高等教育普通高等教育“十一五十一五國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材下一頁上一頁章目錄第第3 3章章 電路的過渡過程電路的過渡過程一階電路的三要素法一階電路的三要素法（3 3求電路的時間常數(shù)求電路的時間常數(shù) 電路的時間常數(shù)由換路后的電路確定。電路的時間常數(shù)由換路后的電路確定。 c+ CuciS20 tR3 等效電路等效電路0t30RR 電路的等效電阻為電路的等效電阻為)(1051011053633sCR節(jié)首頁電路

38、與電子技術(shù)電路與電子技術(shù)(電工學(xué)電工學(xué)) 普通高等教育普通高等教育“十一五十一五國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材下一頁上一頁章目錄第第3 3章章 電路的過渡過程電路的過渡過程一階電路的三要素法一階電路的三要素法（4 4根據(jù)三要素法的公式，可求得根據(jù)三要素法的公式，可求得( )( )(0 )( )tCCCCutuuue 3( 200 )5 100(100)10( )tteeV6( 200 )( 200 )( )1 1010 ( 200)2()ttCdutiCeemVdt tCCiu ，010V10VCu-2mV-2mVCi( )( ) (0 )( )tCCCCitiiie 3( 200 )5 100

39、( 20)2()tteemA 節(jié)首頁電路與電子技術(shù)電路與電子技術(shù)(電工學(xué)電工學(xué)) 普通高等教育普通高等教育“十一五十一五國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材下一頁上一頁章目錄第第3 3章章 電路的過渡過程電路的過渡過程一階電路的三要素法一階電路的三要素法dtduCtiCc)(22)()(RtutiCS9mA6k23kt=0ci2icu+-C R12R）（tuc）（tic）（ti2電路原先處于穩(wěn)定狀態(tài)，電路原先處于穩(wěn)定狀態(tài)，t=0t=0時，開關(guān)時，開關(guān)S S閉合，求閉合，求 電路中的電路中的 、 、 表達式。表達式。0t）（tuC節(jié)首頁電路與電子技術(shù)電路與電子技術(shù)(電工學(xué)電工學(xué)) 普通高等教育普通高等教

40、育“十一五十一五國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材下一頁上一頁章目錄第第3 3章章 電路的過渡過程電路的過渡過程一階電路的三要素法一階電路的三要素法S9mA6k23kt=0ci2icu+-C R12Rt=0-等效電路等效電路)0( cu9mA2ci+-C6k RV54106109)0(33cuV54)0()0(ccuut=0_t=0_等效電路等效電路)0( cu節(jié)首頁電路與電子技術(shù)電路與電子技術(shù)(電工學(xué)電工學(xué)) 普通高等教育普通高等教育“十一五十一五國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材下一頁上一頁章目錄第第3 3章章 電路的過渡過程電路的過渡過程一階電路的三要素法一階電路的三要素法S9mA6k23kt=0c

41、i2icu+-C R12Rt=0+等效電路等效電路3k6k)0( ci+-54 V9mAV54)0()0( ccuu54V18V2k)0( ci+-mA181025418)0(3Cit=0t=0等效電路等效電路)0(),0(2iicmA1810354)0(32i節(jié)首頁電路與電子技術(shù)電路與電子技術(shù)(電工學(xué)電工學(xué)) 普通高等教育普通高等教育“十一五十一五國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材下一頁上一頁章目錄第第3 3章章 電路的過渡過程電路的過渡過程一階電路的三要素法一階電路的三要素法S9mA6k23kt=0ci2icu+-C R12RAiC0)(V18103/6109)(33Cu)( cut 電路電路9

42、mA2ci+-C R1 R2)( cut 電路電路9mA2ci+-C2k R 等效電路等效電路tmARRRmAi69)(2112)(),(),(2iiucc節(jié)首頁電路與電子技術(shù)電路與電子技術(shù)(電工學(xué)電工學(xué)) 普通高等教育普通高等教育“十一五十一五國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材下一頁上一頁章目錄第第3 3章章 電路的過渡過程電路的過渡過程一階電路的三要素法一階電路的三要素法S9mA6k23kt=0ci2icu+-C R12R9mA2ci)( cu+-Ct 電路電路 R1 R2 等效電路等效電路0tt 電路電路3k R26k R1R0KR20mSFKCR4220R0節(jié)首頁電路與電子技術(shù)電路與電子技術(shù)

43、(電工學(xué)電工學(xué)) 普通高等教育普通高等教育“十一五十一五國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材下一頁上一頁章目錄第第3 3章章 電路的過渡過程電路的過渡過程一階電路的三要素法一階電路的三要素法( )( )(0 )( )tCCCCutuuue V3618)1854(182503104ttee( )( ) (0 )( )tCCCCitiiie mA126250teAetm182502222( )( ) (0 )( )ti tiiie mA18)(250 tedtduCtiCC32103)()(tutiCmA126250te R2)( cu9mA2ci+-C R10t節(jié)首頁電路與電子技術(shù)電路與電子技術(shù)(電工學(xué)

44、電工學(xué)) 普通高等教育普通高等教育“十一五十一五國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材下一頁上一頁章目錄第第3 3章章 電路的過渡過程電路的過渡過程一階電路的三要素法一階電路的三要素法TRC 知：知：u1u1如圖所示，如圖所示，求：求：t=2Tt=2T時，時，ucuc0v0v，那么，那么，U_U_為多大？為多大？1u+_iCcu+_R1uTtU02TU_VuC0)0(VuuCC0)0()0(UuC)(tCCCCeuuutu)()0()()(), 0( ,)(TtUeUtutC1)(UeUTuC時，當(dāng)Tt 0) 1 (解：解：節(jié)首頁電路與電子技術(shù)電路與電子技術(shù)(電工學(xué)電工學(xué)) 普通高等教育普通高等教育“十

45、一五十一五國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材下一頁上一頁章目錄第第3 3章章 電路的過渡過程電路的過渡過程一階電路的三要素法一階電路的三要素法1)()0(UeUTuuCC)0()0(CCuuUuC)(TRC VTuC0)2(1uTtU02TU_解：解：1u+_iCcu+_R時，當(dāng)TtT2)2(tCCCCeuuutu)()0()()(的數(shù)值。可以求得U), 0)(,)(1TTteUUeUUtuTtC節(jié)首頁3.4 RL電路的過渡過程電路的過渡過程電路與電子技術(shù)電路與電子技術(shù)(電工學(xué)電工學(xué)) 普通高等教育普通高等教育“十一五十一五國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄第第3 3章章 電路的過

46、渡過程電路的過渡過程RLRL電路的過渡過程電路的過渡過程 由儲能元件-電感L和電阻R所組成的電路在換路時也會產(chǎn)生過渡過程。對于電路只有一個貯能元件L的一階電路，也可用三要素法來分析其過渡過程情況。零輸入響應(yīng)零輸入響應(yīng): : 僅由電感元件的初始儲能所產(chǎn)生的電路的響應(yīng)。在外界輸入為零的情況下，全靠電感的初始儲能作為激勵所產(chǎn)生的響應(yīng) 。 實質(zhì)：RL電路的放電過程。電路與電子技術(shù)電路與電子技術(shù)(電工學(xué)電工學(xué)) 普通高等教育普通高等教育“十一五十一五國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材下一頁上一頁章目錄第第3 3章章 電路的過渡過程電路的過渡過程RLRL電路的過渡過程電路的過渡過程零輸入響應(yīng)電路零輸入響應(yīng)電路代

47、入上式得代入上式得0RidtdiLLLdtdiLuLLRuLR1) 1) 列列 KVLKVL方程方程0RLuu1.1.電感電壓電感電壓 uL uL 的變化規(guī)律的變化規(guī)律(t (t 0) 0)ptAtiLe)(:通解2) 2) 解方程解方程一階線性常系數(shù) 齊次微分方程RuLuU+-SRLabt=0Li+-+-RUiL)0(節(jié)首頁電路與電子技術(shù)電路與電子技術(shù)(電工學(xué)電工學(xué)) 普通高等教育普通高等教育“十一五十一五國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材下一頁上一頁章目錄第第3 3章章 電路的過渡過程電路的過渡過程RLRL電路的過渡過程電路的過渡過程1lnCdtLRiL0RidtdiLLLdtLRidiLL1C

48、dtLRLeitLRLAeti)()0 (tRUiiLL)0()0(RuLuU+-SRLabt=0Li+-+-RUiL)0(節(jié)首頁電路與電子技術(shù)電路與電子技術(shù)(電工學(xué)電工學(xué)) 普通高等教育普通高等教育“十一五十一五國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材下一頁上一頁章目錄第第3 3章章 電路的過渡過程電路的過渡過程RLRL電路的過渡過程電路的過渡過程)0()0()0()0()(1teieieititLtLRLtLRLLRL時間常數(shù)：時間常數(shù)： 的單位為秒，因此稱為RL電路的時間常數(shù)。其作用與RC電路的時間常數(shù)一樣。改變電路參數(shù)R和L，即改變時間常數(shù)，可以影響過渡過程的長短。知道了時間常數(shù)以后，一階RL串聯(lián)

49、電路就很容易利用三要素法求解了。節(jié)首頁電路與電子技術(shù)電路與電子技術(shù)(電工學(xué)電工學(xué)) 普通高等教育普通高等教育“十一五十一五國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材下一頁上一頁章目錄第第3 3章章 電路的過渡過程電路的過渡過程RLRL電路的過渡過程電路的過渡過程)0(Ru)0(LuU+-SRLa)0(Li+-+-)0(Ru)0(LuSRLb)0(Li+-+-RUiL)0(VuL0)0(UuR)0(RUiiLL)0()0(UuL)0(UuR)0(1.t=0_1.t=0_等效電路等效電路2.t=02.t=0等效電路等效電路零輸入響應(yīng)電路的求解步驟零輸入響應(yīng)電路的求解步驟節(jié)首頁電路與電子技術(shù)電路與電子技術(shù)(電工學(xué)

50、電工學(xué)) 普通高等教育普通高等教育“十一五十一五國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材下一頁上一頁章目錄第第3 3章章 電路的過渡過程電路的過渡過程RLRL電路的過渡過程電路的過渡過程3. 3. 等效電路等效電路t)(Ru)(LuSRLb)(Li+-+-AiL0)(VuL0)(VuR0)(SRLb4. 4. 時間常數(shù)的確定時間常數(shù)的確定0tR0RR 0RLRL0節(jié)首頁電路與電子技術(shù)電路與電子技術(shù)(電工學(xué)電工學(xué)) 普通高等教育普通高等教育“十一五十一五國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材下一頁上一頁章目錄第第3 3章章 電路的過渡過程電路的過渡過程RLRL電路的過渡過程電路的過渡過程( )( )(0 )( )tL

51、LLLutuuue ( )( ) (0 )( )tLLLLi tiiie 5.5.根據(jù)三要素法求解根據(jù)三要素法求解00RRttLLUUeeRR00RRttLLUeUe 00RRttLLUeUe( )( )(0 )( )tRRRRutuuue LiLuRu、 、RuULiRULuUtOLLRiuu,節(jié)首頁電路與電子技術(shù)電路與電子技術(shù)(電工學(xué)電工學(xué)) 普通高等教育普通高等教育“十一五十一五國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材下一頁上一頁章目錄第第3 3章章 電路的過渡過程電路的過渡過程RLRL電路的過渡過程電路的過渡過程 電感兩端的電壓電感兩端的電壓dtdiLuLLRuLR( )( ) (0 )( )tLLLLi tiiie 00RRttLLUUeeRRRtLUe RtLUe0t節(jié)首頁電路與電子技術(shù)電路與電子技術(shù)(電工學(xué)電工學(xué)) 普通高等教育普通高等教育“十一五十一五國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材下一頁上一頁章目錄第第3 3章章 電路的過渡過程電路的過渡過程RLRL電路的過渡過程電路的過渡過程電路與電子技術(shù)