RC充电电路的零状态响应.ppt

RC充电电路的零状态响应 制作 浙江广厦建设职业技术学院信息与控制工程学院 一 暂态电路中的基本概念稳定状态 在指定条件下电路中电压 电流已达到稳定值 暂态过程 电路从一种稳态状态 稳定值 经过一段极短的时间转变成另外一种稳定状态 稳定值 的过渡过程 一 研究暂态过程的实际意义 1 利用电路暂态过程产生特定波形的电信号如锯齿波 三角波 尖脉冲等 应用于电子电路2 控制 预防可能产生的危害暂态过程开始的瞬间可能产生过电压 过电流使电气设备或元件损坏 直流电路 交流电路都存在暂态过程 我们讲课的重点是直流电路的暂态过程 二 电路中产生暂态过程的原因 1 电阻电路 图 a 合S前 i 0 uR2 uR2 uR3 0合S后 电流i随着电压u成比例变化 所以电阻电路不存在暂态过程 R耗能元件 2 电容电路 图 b 合S前 i 0 uC 0合S后 uC逐渐由0增加到U所以电容电路存在暂态过程 3 产生暂态过程的必要条件 1 电路中含有储能元件 内因 2 电路发生换路 外因 4 产生暂态过程的原因 由于物体所具有的能量不能跃变而造成 在换路瞬间储能元件的能量也不能跃变 换路 电路状态的改变 如 电路接通 切断 短路 电压改变或参数改变 如 因为C储能 所以电容两端电压uC不能突变 如果突变 则iC duC dt 一般电路是不可能的 因为L储能 所以流过电感的电流不能突变 二 零状态响应 1 激励 在电路中产生电压和电流的起因2 响应 由激励产生的电压和电流 3 零状态响应 如果电容或电感等储能元件的初始状态为零 在外界独立源的激励下的响应 一 RC充电电路 图1 t 0开关合上时 图所示的电路产生一个激励 0 表示激励瞬间以前的电流或电压值 0 表示激励瞬间之后的电流或电压值 表示激励后稳定状态的电流或电压值 例如 在开关合上瞬间 uc 0 表示开关上之前的电容器电压 uc 0 表示开关合上之后的电容器两端的电压 Uc 表示开关合上之后处于稳定状态的电容器两端的电压 2020 3 17 7 可编辑 二 RC电路的零状态响应 根据KVL定律 可得图1所示电路在t 0时的电压方程为 t 0 即ic t R uc t Us其中t 0 所以 t 0 12 1 求解 12 1 式 得 t 0 式 12 2 中 US为电源电压 即电路达到稳态时的值 令称为时间常数 一般认为 经过t 3 5 后 电容器充电过程结束 电路达到稳态 所以可以通过改变电路参数R C的大小 来改变完成充电过程所需的时间 关于零状态响应 我们可以把它写成一般表达形式 即 例1 图2所示的是一个单片机的上电复位电路 电源电压Ucc 5V 电容器C 4 7uF 单片机要求开机上电时 复位信号要维持30ms的低电平 如果反相 器的高电平最小值定为2 4V 电阻R应选择多大合适 解 这是一个典型的零状态响应电路 在开机上电前电容器是没有充电的 在开机通电瞬间 电容器电压为零 通过反相器给单片机的复位引脚的信号是低电平 当电容器充电电压达到2 4后 通过反相器给单片机的复位引脚的信号变为高电平 根据式 已知 Us Ucc 5V t 30s C 4 7uF Uc 2 4V 所以 因此 选择R 10K 就可以满足复位要求 图2 小结 1 稳定状态 在指定条件下电路中电压 电流已达到稳定值 2 暂态过程 电路从一种稳态状态 稳定值 经过一段极短的时间转变成另外一种稳定状态 稳定值 的过渡过程 3 零状态响应 如果电容或电感等储能元件的初始状态为零 在外界独立源的激