電工技術(shù)基礎(chǔ)-5課件

1、第5章 一階電路的時(shí)域分析 5.1 換路定則及初始值5.2 三要素法5.3 一階電路的零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)和全響應(yīng)5.4 RC微分電路和積分電路tE穩(wěn)態(tài)暫態(tài)舊穩(wěn)態(tài) 新穩(wěn)態(tài) 過(guò)渡（暫態(tài)）過(guò)程 :C電路處于舊穩(wěn)態(tài)KRE+_開(kāi)關(guān)K閉合概 述電路處于新穩(wěn)態(tài)RE+_“穩(wěn)態(tài)”與 “暫態(tài)”的概念: 有儲(chǔ)能元件（L、C）的電路在電路狀態(tài)發(fā)生變化（換路）時(shí)（如：電路接入電源、從電源斷開(kāi)、電路參數(shù)改變等）存在過(guò)渡過(guò)程； 沒(méi)有儲(chǔ)能作用的電阻（R）電路，不存在過(guò)渡過(guò)程。 電路中的 u、i 在過(guò)渡過(guò)程期間，從“舊穩(wěn)態(tài)”進(jìn)入“新穩(wěn)態(tài)”，此時(shí)u、i 都處于暫時(shí)的不穩(wěn)定狀態(tài)，所以過(guò)渡過(guò)程又稱為電路的暫態(tài)過(guò)程。5.1 換路定

2、則及初始值 5.1.1換路定則 換路定則:在換路瞬間，電容上的電壓、電感中的電流不能突變。設(shè)：t=0 時(shí)換路- 換路前穩(wěn)態(tài)終了瞬間- 換路后暫態(tài)起始瞬間則：例1 電路如圖所示，已知 S由b點(diǎn)聯(lián)接到a點(diǎn)，試求 開(kāi)關(guān)S動(dòng)作前電路已處于穩(wěn)態(tài)，在 時(shí)開(kāi)關(guān)解 5.1.2 初始值 1. 計(jì)算 、 值2. 畫(huà) 瞬間的等效電路3. 計(jì)算其它初始值 小結(jié) 1. 換路瞬間，不能突變。其它電量均可能突變，變不變由計(jì)算結(jié)果決定；3. 換路瞬間，電感相當(dāng)于恒流源，其值等于，電感相當(dāng)于斷路。2. 換路瞬間，電容相當(dāng)于恒壓源，其值等于電容相當(dāng)于短路；例2 電路如圖所示。時(shí)電路處于穩(wěn)態(tài)，時(shí)開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)。已知：R1 = 3 ，R

3、2 = 4 ，R3 = 8 ，R4 = 12 ， R5 = 1 ，US = 20 V。試求電路的初始電流解 時(shí)的等效電路 根據(jù)換路定則，有瞬時(shí)的等效電路 戴維南等效電路 5.2 三要素法 5.2.1 一階電路微分方程的建立1. RC一階電路分析 根據(jù)時(shí)所示的RC電路圖b，列KVL方程為 2. RL一階電路分析 根據(jù)時(shí)所示的RL電路圖b，列KVL方程為 可得一階電路微分方程解的通用表達(dá)式：代表一階電路中任一待求電壓、電流響應(yīng)。式中5.2.2 三要素法 、和稱為一階電路的三要素 其中三要素為: 初始值 -穩(wěn)態(tài)值 -時(shí)間常數(shù) - 利用求三要素的方法求解過(guò)渡過(guò)程，稱為三要素法。只要是一階電路，就可以用

4、三要素法。三要素法求解過(guò)渡過(guò)程要點(diǎn)：分別求初始值、穩(wěn)態(tài)值、時(shí)間常數(shù)；.將以上結(jié)果代入過(guò)渡過(guò)程通用表達(dá)式；初始值 -穩(wěn)態(tài)值 -時(shí)間常數(shù)-例1電路如圖a所示，當(dāng) t0時(shí)電路為穩(wěn)態(tài)，t0時(shí)開(kāi)關(guān)S1閉合、S2斷開(kāi)。已知：路響應(yīng)、和。試求電解 5.3一階電路的零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)和全響應(yīng) 5.3.1 一階電路的零輸入響應(yīng)零輸入響應(yīng) 是指一階電路換路以后，當(dāng)外加激勵(lì)源為零時(shí)，由儲(chǔ)能元件C、L的初始儲(chǔ)能所引起的響應(yīng)。 1. RC電路的零輸入響應(yīng)時(shí)RC電路 由三要素法得曲線與時(shí)間常數(shù)的關(guān)系 2. RL電路的零輸入響應(yīng)電感電壓的零輸入響應(yīng)為 例1 電路如圖a所示，已知：時(shí)開(kāi)關(guān)S1閉合，時(shí)S2閉合。試求時(shí)電容電

5、壓和電阻R2上的端，并畫(huà)出的變化曲線。 和電阻R2上的端電壓解 當(dāng)時(shí)由三要素法解得 uC(t)的變化曲線 零狀態(tài)響應(yīng) 是指一階電路換路瞬間，儲(chǔ)能元件C、L上儲(chǔ)存的能量為零，換路后電路由外加激勵(lì)源所引起的電壓、電流響應(yīng)。 5.3.2 一階電路的零狀態(tài)響應(yīng)1. RC電路的零狀態(tài)響應(yīng)uC零狀態(tài)響應(yīng)曲線 2. RL電路的零狀態(tài)響應(yīng) 例2 電路如圖a所示， t0時(shí)電路為穩(wěn)態(tài)。已知：。當(dāng)S閉合。試求時(shí)電流和。時(shí)開(kāi)關(guān)t=0+瞬間電路 解 5.3.3 一階電路的全響應(yīng)全響應(yīng) 當(dāng)一階電路的外加激勵(lì)源和初始狀態(tài)都不為零時(shí)，由此產(chǎn)生的電路響應(yīng)。 （1）零輸入響應(yīng) （2）零狀態(tài)響應(yīng) （3）全響應(yīng)零輸入響應(yīng) 零狀態(tài)響應(yīng)

6、5.4 RC微分電路和積分電路 5.4.1 RC微分電路 若有則可見(jiàn)，式中的輸出電壓與輸入近似成微分關(guān)系. 電壓1. RC微分電路的時(shí)間常數(shù)1. RC微分電路的時(shí)間常數(shù)由于RC微分電路要求 ，則 由上式可得滿足的條件要很小。由此可得RC微分電路的時(shí)間常數(shù)為：電阻R和電容C參數(shù)值要小，即RC微分電路的時(shí)間常數(shù)2. RC微分電路的零狀態(tài)響應(yīng) 當(dāng)輸入電壓為矩形脈沖電壓，如電容電壓的初始條輸出電壓的零狀態(tài)響應(yīng)為V，則在時(shí)，電容電壓的零狀態(tài)件為為響應(yīng)由于時(shí)間常數(shù)，則時(shí)對(duì)電容C迅速充電到；與此同時(shí)，迅速衰減到零值，形成一個(gè)正尖時(shí)，。脈沖。即3. RC微分電路的零輸入響應(yīng) 當(dāng)輸入矩形脈沖電壓為時(shí)，零輸入響應(yīng)為則 同理，在時(shí)，由于，電容C電壓通過(guò)電阻R迅速放電到零值，形成負(fù)尖脈沖。5.4.2 RC積分電路 若有則可見(jiàn)，式中的輸出電壓與輸入電壓近似成積分關(guān)系，因此圖稱為積分電路。1. RC積分電路的時(shí)間常數(shù) 2. RC積分電路的零狀態(tài)響應(yīng) 3. RC積分電路的零輸入響應(yīng) 小 結(jié) 本章主要是應(yīng)用三要素法分析一階電路的過(guò)渡過(guò)程。一、三要素法 三要素 初始值、時(shí)間常數(shù)、換路后的穩(wěn)態(tài)值稱為一階電路的三要素。 二、一階電路響應(yīng)1. 零輸入響應(yīng)當(dāng)換