電子行業(yè)——電路的暫態(tài)分析--電路的瞬態(tài)分析（ 57頁(yè)）(1)ppt課件

1、第 2 章 電路的瞬態(tài)分析2.1 瞬態(tài)分析的根本概念2.2 儲(chǔ)能元件2.4 RC 電路的瞬態(tài)分析2.5 RL 電路的瞬態(tài)分析 2.6 一階電路瞬態(tài)分析的三要素法分析與思索練習(xí)題教學(xué)根本要求前往主頁(yè)2.3 換路定律 根本要求1. 了解電路的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)，鼓勵(lì)和呼應(yīng)；2. 了解儲(chǔ)能元件的電壓電流關(guān)系、儲(chǔ)能特性和在穩(wěn)態(tài)直流電路中的作用；3. 了解電路的換路定律；4. 了解用微分方程式法求電路呼應(yīng)，了解儲(chǔ)能元件的放電和充電規(guī)律；5. 了解時(shí)間常數(shù)的意義；6. 掌握初始值、穩(wěn)態(tài)值和時(shí)間常數(shù)的計(jì)算方法，掌握三要素法。返 回下一節(jié)下一頁(yè)2.1 瞬態(tài)分析的根本概念 換路：電路接通、斷開、改接以及參數(shù)和電源發(fā)生突

2、變等等。(一) 穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)穩(wěn)態(tài)瞬態(tài)新的穩(wěn)態(tài)換路 穩(wěn)態(tài)：電路的構(gòu)造和元件的參數(shù)一定時(shí)，電路的任務(wù)形狀一定，電壓和電流不會(huì)改動(dòng)。瞬態(tài)(過渡形狀)：電路在過渡過程中所處的形狀。返 回下一節(jié)下一頁(yè)電路在換路后出現(xiàn)過渡過程的緣由：內(nèi)因：電路中有儲(chǔ)能元件電容 C 或電感 L開關(guān)S 閉合US穩(wěn)態(tài)瞬態(tài)舊穩(wěn)態(tài)新穩(wěn)態(tài)返 回下一節(jié)下一頁(yè)上一頁(yè)SRtO外因：換路(二) 鼓勵(lì)和呼應(yīng)鼓勵(lì) (輸入)：電路從電源 (包括信號(hào)源) 輸入 的信號(hào)。 呼應(yīng)分類： 全呼應(yīng) = 零輸入呼應(yīng) + 零形狀呼應(yīng)呼應(yīng) (輸出)：電路在外部鼓勵(lì)的作用下，或者在內(nèi)部?jī)?chǔ)能的作用下產(chǎn)生的電壓和電流。階躍呼應(yīng)正弦呼應(yīng)脈沖呼應(yīng)零輸入呼應(yīng)：零形狀呼應(yīng)：全呼

3、應(yīng)：階躍鼓勵(lì)產(chǎn)生緣由鼓勵(lì)波形返 回下一節(jié)下一頁(yè)上一頁(yè)內(nèi)部?jī)?chǔ)能作用外部鼓勵(lì)作用2.2 儲(chǔ)能元件(一) 電容+ + 電壓與電流的關(guān)系:瞬時(shí)功率： 返 回上一節(jié)下一節(jié)下一頁(yè)上一頁(yè)(a) 電容器 (b) 理想元件 闡明 C 從外部輸入電功率，電能 電場(chǎng)能闡明 C 向外部輸出電功率，電場(chǎng)能 電能當(dāng)t = 0 時(shí),u 由0 U,那么輸入電能 瞬時(shí)功率 那么 C 儲(chǔ)存的電場(chǎng)能: 單位：焦 耳 (J)返 回上一節(jié)下一節(jié)下一頁(yè)上一頁(yè) 所以電容電壓 u 不能發(fā)生突變,否那么外部需求向C 供應(yīng)無窮大功率。 C 儲(chǔ)存的電場(chǎng)能 直流電路中 U = 常數(shù) I = 0 C 相當(dāng)于開路,隔直作用返 回上一節(jié)下一節(jié)下一頁(yè)上一頁(yè)

4、 那么電容串聯(lián)電容并聯(lián)返 回上一節(jié)下一節(jié)下一頁(yè)上一頁(yè)(二) 電感設(shè)線圈匝數(shù)為 N，那么磁鏈 = N L電感單位：韋伯(Wb)單位：亨利(H)返 回上一節(jié)下一節(jié)下一頁(yè)上一頁(yè) (a) 電感器 (b) 理想電感元件 L規(guī)定：e 的參考方向與磁力線的方向符合右手螺旋定那么。KVL： e = u那么電感電壓與電流的關(guān)系 瞬時(shí)功率 返 回上一節(jié)下一節(jié)下一頁(yè)上一頁(yè)由于所以 闡明 L 從外部輸入電功率，電能 磁場(chǎng)能闡明 L 向外部輸出電功率，磁場(chǎng)能 電能當(dāng)t = 0 時(shí),i 由0 I,那么輸入電能那么 L 儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能 單位：焦耳(J) 瞬時(shí)功率 返 回上一節(jié)下一節(jié)下一頁(yè)上一頁(yè) 所以電感電流 i 不能發(fā)生突變

5、,否那么外部需求向 L供應(yīng)無窮大功率。直流電路中 I = 常數(shù) U = 0 L 相當(dāng)于短路,短直作用L 儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能 返 回上一節(jié)下一節(jié)下一頁(yè)上一頁(yè)那么L2L1L2L1電感串聯(lián)：電感并聯(lián)：返 回上一節(jié)下一節(jié)下一頁(yè)上一頁(yè)設(shè)：t =0 時(shí)換路- 換路前終了瞬間- 換路后初始瞬間那么：電容電壓、電感電流在換路瞬間不能突變。留意：2.初始值： t =0+ 時(shí)，用u (0) 、 i (0)表示； 穩(wěn)態(tài)值：換路后重新穩(wěn)定，用u () 、 i ()表示。1. 換路瞬間，uC、iL 不能突變。其它電量能夠突變，變不變由計(jì)算結(jié)果斷定。返 回上一節(jié)下一節(jié)下一頁(yè)上一頁(yè)2.3 換路定律 初始值確實(shí)定(2) 再求其它電

6、量的初始值。(1) 先求uC( 0+)、iL ( 0+) 。1) 先由t =0-的電路求出 uC ( 0 ) 、iL ( 0 )； 2) 根據(jù)換路定律求出 uC( 0+)、iL ( 0+) 。1) 由t =0+的電路求其它電量的初始值；2) 在 t =0+時(shí)的電壓方程中 uC = uC( 0+)、 t =0+時(shí)的電流方程中 iL = iL ( 0+)。 返 回上一節(jié)下一節(jié)下一頁(yè)上一頁(yè)例1解：(1)由換路前電路求由知條件知根據(jù)換路定那么得：知：換路前電路處于穩(wěn)態(tài)，C、L 均未儲(chǔ)能。試求：電路中各電壓和電流的初始值。S(a)CU R2R1t=0+-L返 回上一節(jié)下一節(jié)下一頁(yè)上一頁(yè), 換路瞬間，電容

7、元件可視為短路。, 換路瞬間，電感元件可視為開路。iC 、uL 產(chǎn)生突變(2) 由t=0+電路，求其他各電流、電壓的初始值SCU R2R1t=0+-L(a) 電路iL(0+ )U iC (0+ )uC (0+)uL(0+)_u2(0+)u1(0+)i1(0+ )R2R1+_+-(b) t = 0+等效電路返 回上一節(jié)下一節(jié)下一頁(yè)上一頁(yè) 圖示電路已穩(wěn)定，在 t = 0 時(shí)將開關(guān) S 閉合，且uC(0)=0。 試求： 1. S 閉合瞬間( t = 0+ )各支路的電流和各元件的電壓； 2. S 閉合后，電路到達(dá)新的穩(wěn)定形狀時(shí)各支路的電流和各元件的電壓。 R1 S E R2例2返 回上一節(jié)下一節(jié)下一

8、頁(yè)上一頁(yè)解：1 R1 S E R2i1iCi2 R1 E R2i1iCi2返 回上一節(jié)下一節(jié)下一頁(yè)上一頁(yè) R1 E R2i1i2u2 R1 S E R2i1iCi2(2)返 回上一節(jié)下一節(jié)下一頁(yè)上一頁(yè)例3 如下圖電路中,知US = 5 V，IS = 5 A，R = 5 。開關(guān) S 斷開前電路已穩(wěn)定。求 S 斷開后 R、C、L的電壓和電流的初始值和穩(wěn)態(tài)值。解 (1) 求初始值根據(jù)換路定律，由換路前( S 閉合時(shí))的電路求得返 回上一節(jié)下一節(jié)下一頁(yè)上一頁(yè) 然后，根據(jù) uC(0) 和 iL(0)，由換路后 (S 斷開時(shí)) 的電路求得返 回上一節(jié)下一節(jié)下一頁(yè)上一頁(yè) (2) 求穩(wěn)態(tài)值首先，由 C 相當(dāng)于

9、開路、L 相當(dāng)于短路，可得然后，由換路后的電路再求得返 回上一節(jié)下一節(jié)下一頁(yè)上一頁(yè)2.4 RC 電路的瞬態(tài)分析(一) RC 電路的零輸入呼應(yīng)t = 0 時(shí)換路 換路前,S 合在 a 端 uC(0) = U0 換路后,S 合在 b 端 uC() = 0研討 uC 和 iC返 回上一節(jié)下一節(jié)下一頁(yè)上一頁(yè)C第 2 章 電 路 的 暫 態(tài) 分 析回路方程式：微分方程式：通解：初始條件：積分常數(shù)：求得：時(shí)間常數(shù)：返 回上一節(jié)下一節(jié)下一頁(yè)上一頁(yè)越小，uc變化越快返 回上一節(jié)下一節(jié)下一頁(yè)上一頁(yè)O實(shí)際上 t = uC() = 0完全到達(dá)穩(wěn)態(tài)工程上 t = 3 uC(3) = 0可以為電路已穩(wěn)定,放電已根本終了

10、。返 回上一節(jié)下一節(jié)下一頁(yè)上一頁(yè)(二) RC 電路的零形狀呼應(yīng) t = 0 時(shí)換路換路前，S 斷開 電容無儲(chǔ)能 uC(0) = 0換路后，S 閉合 uC() = US研討 uC和 iC返 回上一節(jié)下一節(jié)下一頁(yè)上一頁(yè)回路方程式：通解：微分方程式：初始條件：求得：積分常數(shù)：時(shí)間常數(shù)：返 回上一節(jié)下一節(jié)下一頁(yè)上一頁(yè)越小，uc變化越快返 回上一節(jié)下一節(jié)下一頁(yè)上一頁(yè)實(shí)際上 t = U() = US完全到達(dá)穩(wěn)態(tài)工程上 t = 3， U(3) = US可以為電路已穩(wěn)定,充電已根本終了。(三) RC 電路的全呼應(yīng)返 回上一節(jié)下一節(jié)下一頁(yè)上一頁(yè)uC、iC 變化規(guī)律與 U0 和 US 相對(duì)大小有關(guān)。返 回上一節(jié)下

11、一節(jié)下一頁(yè)上一頁(yè)OO2.5 RL電路的瞬態(tài)分析(一) RL 電路的零輸入呼應(yīng)研討 iL和 uLt = 0 時(shí)換路 換路前,S 斷開 換路后,S 閉合 i0()= 0返 回上一節(jié)下一節(jié)下一頁(yè)上一頁(yè)L第 2 章 電 路 的 暫 態(tài) 分 析回路方程式：微分方程式：最后求得：時(shí)間常數(shù)：返 回上一節(jié)下一節(jié)下一頁(yè)上一頁(yè)L返 回上一節(jié)下一節(jié)下一頁(yè)上一頁(yè)OL第 2 章 電 路 的 暫 態(tài) 分 析知:分析:換路前換路瞬間S 換路瞬間,電感電壓發(fā)生突變,實(shí)踐運(yùn)用中要加維護(hù)措施。電壓表內(nèi)阻設(shè)開關(guān) S 在 t = 0 時(shí)翻開。求: S 翻開的瞬間,電壓表兩端的電壓。 LRiLV返 回上一節(jié)下一節(jié)下一頁(yè)上一頁(yè)LRiLV

12、SLRiLVS電壓表得讀數(shù)為返 回上一節(jié)下一節(jié)下一頁(yè)上一頁(yè) 用二極管防止產(chǎn)生高壓(二) RL 電路的零形狀呼應(yīng) t = 0 時(shí)換路換路前，S閉合電感無儲(chǔ)能 iL 0= 0換路后，S 斷開 iL() = IS研討 iL 和 uL返 回上一節(jié)下一節(jié)下一頁(yè)上一頁(yè)L回路方程式：微分方程式：最后求得：時(shí)間常數(shù):返 回上一節(jié)下一節(jié)下一頁(yè)上一頁(yè)L(三) RL 電路的全呼應(yīng)返 回上一節(jié)下一節(jié)下一頁(yè)上一頁(yè)L t = 0 時(shí)換路換路前，S閉合電感有儲(chǔ)能 iL 0= I0換路后，S斷開 iL() = IS2.6 一階電路瞬態(tài)分析的三要素法 一階電路:凡是含有一個(gè)儲(chǔ)能元件或經(jīng)等效簡(jiǎn)化后含有一個(gè)儲(chǔ)能元件的線性電路，在進(jìn)

13、展瞬態(tài)分析時(shí)，所列出的微分方程都是一階微分方程式。如：返 回上一節(jié)下一頁(yè)上一頁(yè) 三要素法：對(duì)于任何方式的一階電路，求電路的任何元件的呼應(yīng)，可用 時(shí)間常數(shù)(t) 待求呼應(yīng)電流或電壓(0) 待求呼應(yīng)的初始值() 待求呼應(yīng)的穩(wěn)態(tài)值三個(gè)要素返 回上一節(jié)下一頁(yè)上一頁(yè) 求換路后電路中的電壓和電流 ，其中電容 C 視為開路, 電感L 視為短路。(1) 穩(wěn)態(tài)值 的計(jì)算呼應(yīng)中“三要素確實(shí)定uC+-t=0C10V5k1 FS例：5k+-t =03666mAS1H返 回上一節(jié)下一頁(yè)上一頁(yè)1) 由t=0- 電路求2) 根據(jù)換路定律求出3) 由t=0+時(shí)的電路，求所需其它各量的或在換路瞬間 t =(0+) 的等效電路中

14、電容元件視為短路。其值等于(1) 假設(shè)電容元件用恒壓源替代，其值等于I0 ； , 電感元件視為開路。(2) 假設(shè) , 電感元件用恒流源替代 ， 留意：(2) 初始值 的計(jì)算 返 回上一節(jié)下一頁(yè)上一頁(yè) 1) 對(duì)于簡(jiǎn)單的一階電路 ，R0 = R ; 2) 對(duì)于較復(fù)雜的一階電路， R0 為換路后的電路除去電源和儲(chǔ)能元件后，在儲(chǔ)能元件兩端所求得的無源二端網(wǎng)絡(luò)的等效電阻。(3) 時(shí)間常數(shù) 的計(jì)算對(duì)于一階RC電路對(duì)于一階RL電路 留意： 假設(shè)不畫 t =(0+) 的等效電路，那么在所列 t =0+時(shí)的方程中應(yīng)有 uC = uC( 0 )、iL = iL ( 0 ) 。返 回上一節(jié)下一頁(yè)上一頁(yè)R0U0+-C

15、R0 R0的計(jì)算類似于運(yùn)用戴維寧定了解題時(shí)計(jì)算電路等效電阻的方法。即從儲(chǔ)能元件兩端看進(jìn)去的等效電阻，如下圖。R1U+-t=0CR2R3SR1R2R3返 回上一節(jié)下一頁(yè)上一頁(yè)解：用三要素法求解例1：電路如圖，t=0 時(shí)合上開關(guān)S，合S前電路已處于穩(wěn)態(tài)。試求電容電壓 和電流 (1) 確定初始值由t=0-電路可求得由換路定律t=0-等效電路9mA+-6k RS9mA6k2F3kt=0+-C R返 回上一節(jié)下一頁(yè)上一頁(yè)(2) 確定穩(wěn)態(tài)值由換路后電路求穩(wěn)態(tài)值(3) 由換路后電路求時(shí)間常數(shù) t 電路9mA+-6k R 3k返 回上一節(jié)下一頁(yè)上一頁(yè)三要素18V54VuC變化曲線t0返 回上一節(jié)下一頁(yè)上一頁(yè)用三要素法求S9mA6k2F3kt=0+-C R9mA6k3k+-C Rt = 0+等效電路返 回上一節(jié)下一頁(yè)上一頁(yè)例2 知：IS=10mA，R1=2K，R2=1K，C=3F。求S斷開后電流源兩端的電壓u。SISR1R2C+-uuC解：返 回上一節(jié)下一節(jié)下一頁(yè)上一頁(yè)例3在圖所示電路原已穩(wěn)定，在 t = 0 時(shí)，將開關(guān) S 閉合，試求 S 閉合后的 uC 和 iC。 解：返 回上一節(jié)下一節(jié)下一頁(yè)上一頁(yè)例4 圖示電路已處于穩(wěn)態(tài)。試用三要素法求開關(guān) S 斷開后的 iL 和 uL。解那么返 回上一節(jié)下一頁(yè)上一頁(yè)例5圖所示電路中電容原先未充電。在 t = 0 時(shí)將開關(guān) S1 閉合， t