模块4单元1-RC电路

中等职业学校·电子与信息大类《电工电子技术基础与技能》模块4瞬态电路｜单元1RC电路适用：理实一体课堂·职教高考复习01换路瞬间·指数规律·时间常数τ=RC模块4·单元1素养园地：我国半导体与微电子事业的“拓荒者”电工电子技术基础与技能◆素养园地CRAFTSMANSPIRIT中国科学院院士半导体与微电子事业奠基人——王守武1949年，王守武在美国普渡大学获得博士学位并留校任教。1950年，他携妻女乘船回到苏州，带回装满仪器设备的工具箱，为日后的科研事业奠基。●1957·锗单晶主持设计并研制出我国第一台锗单晶炉，拉制出第一根锗单晶，为晶体管研发奠定材料基础。●1958·晶体管牵头攻克技术难关，研制出我国第一只砷化镓晶体管，推动半导体器件国产化。●1980·学部委员当选中国科学院学部委员（院士），2014年逝世，享年95岁，将毕生献给祖国的微电子事业。●“既没有惊人的创举，也没有显赫的业绩，只是遵照党和政府的要求，为祖国的社会主义建设事业，尽了点心血，做了点工作。”——王守武《我的报国路》《电工电子技术基础与技能》（电子与信息大类）·模块4瞬态电路模块4·单元1学习目标电工电子技术基础与技能本单元学完，同学们应当达成以下三维目标——它们也是职教高考本模块考点的命题依据。▣知识目标1）认识RC电路的结构与组成元件。2）了解RC电路的充放电规律与时间常数τ。✎技能目标1）能画出RC串联电路并标注各物理量。2）能识别RC电路充放电的电压、电流曲线。◎素养目标1）建立对RC电路瞬态过程的系统认知。2）养成分析比较与工程实践的科学思维。《电工电子技术基础与技能》（电子与信息大类）·模块4瞬态电路新知精讲·一4.1.1电路的瞬态过程电工电子技术基础与技能①定义电路的瞬态过程是指电路从一种稳定状态向另一种稳定状态过渡时所经历的短暂动态过程，又称为暂态过程。瞬态过程主要发生在含有储能元件（电容/电感）的电路中，当电路发生换路（开关通断、电源接入或切除等）时产生。②时间常数τ瞬态过程一般很短（几微秒～几十毫秒），时间长短主要由电路的时间常数τ决定。τ=R·C（RC电路）τ=L/R（RL电路）工程上认为，经过3~5倍τ后，瞬态过程基本结束，电路进入新稳态。✓工程利用利用瞬态产生特定波形：微分/积分电路、RC滤波器、延时/定时、触发与整形等。▲潜在危害瞬态可能产生过电压/过电流，击穿器件、烧蚀触点，工程上需加保护（续流、限流、TVS等）。《电工电子技术基础与技能》（电子与信息大类）·模块4瞬态电路新知精讲·二RC电路的充电规律电工电子技术基础与技能①零状态开关闭合前uC(0₋)=0，电容储能为零——零状态电路。②充电过程开关闭合瞬间，uC不能突变，由0按指数规律上升至U；iC由U/R按指数规律下降至0。③时间常数τ=R·C越大，充电时间越长；τ越小，充电时间越短。图4-1RC电路的充电规律《电工电子技术基础与技能》（电子与信息大类）·模块4瞬态电路新知精讲·三RC电路的放电规律电工电子技术基础与技能①初始储能换路前uC(0₋)=U，电容已储能；开关切换后，电容经电阻R放电。②放电过程uC从U按指数规律下降至0；iC方向与充电时相反，由U/R按指数规律衰减。③时间常数τ=R·C越大，放电时间越长；τ越小，放电时间越短。图4-2RC电路的放电规律《电工电子技术基础与技能》（电子与信息大类）·模块4瞬态电路新知精讲·四时间常数τ与充放电快慢电工电子技术基础与技能时间常数TimeConstantτ=R·C（RC电路）τ=L/R（RL电路）1τ决定快慢τ越大，充放电过程越慢；τ越小，过程越快。23~5τ结束工程上认为，经过3~5倍τ后瞬态过程基本结束，电路进入新稳态。3设计依据选取不同R、C参数，即可调节电路响应速度——用于滤波、延时、微分、积分。●核心τ=R·C是RC电路设计与分析的核心参数，贯穿充放电、滤波、延时等所有应用。《电工电子技术基础与技能》（电子与信息大类）·模块4瞬态电路对比辨析RC电路充放电对比电工电子技术基础与技能比较项充电过程放电过程初始条件uC(0₋)=0（零状态）uC(0₋)=U（电容已储能）换路后能量电源经R给C充电电容经R释放能量uC变化0→U，按指数规律上升U→0，按指数规律下降iC变化从U/R按指数下降至0反向，从U/R按指数衰减时间常数τ=R·Cτ=R·C快慢因素τ越大，充电时间越长τ越大，放电时间越长●结论充放电规律对称：均为指数变化，时间常数相同τ=RC；区别在于初始能量与电流方向。《电工电子技术基础与技能》（电子与信息大类）·模块4瞬态电路单元小结本单元核心要点电工电子技术基础与技能●1

瞬态过程是电路从一种稳定状态向另一种稳定状态过渡的短暂动态过程。●2

瞬态过程主要发生在含有储能元件（电容/电感）的电路中。●3

时间常数τ决定瞬态过程的长短：RC电路τ=RC，RL电路τ=L/R。●4

充电：uC从0按指数上升至U；放电：uC从U按指数下降至0。●5

工程上经过3~5τ后视为瞬态结束，电路进入新稳态。●6

瞬态可利用（产生特定波形）也可能造成危害（过电压/过电流），需辩证看待。《电工电子技术基础与技能》（电子与信息大类）·模块4瞬态电路应用与辨析瞬态过程的“利用”与“危害”电工电子技术基础与技能✓工程利用•微分/积分电路：产生尖脉冲或斜坡信号；•滤波器：RC低通/高通滤波；•延时/定时：控制继电器、闪光灯触发；•信号整形：去抖、耦合、隔直。▲潜在危害•开关断开时电感产生过电压，击穿器件；•电容充电瞬间电流过大，形成冲击电流；•触点产生电弧，加速烧蚀；•信号线瞬态耦合造成误触发。●工程防护并联续流二极管、串联限流电阻、加TVS/压敏电阻、RC吸收回路等，抑制瞬态过电压与过电流。《电工电子技术基础与技能》（电子与信息大类）·模块4瞬态电路职教高考专项练习练习（一）：填空与判断电工电子技术基础与技能✎一、填空题1．电路的瞬态过程是指电路从一种稳定状态向另一种＿＿＿＿状态过渡时所经历的短暂动态过程。2．瞬态过程主要发生在含有＿＿＿＿元件的电路中。3．瞬态过程的时间长短主要由＿＿＿＿决定。✎二、判断题（√/×）1．在电子技术中，经常利用电路的瞬态过程来产生需要的特定波形。（）2．瞬态过程可能会产生过电压或过电流，进而对元器件或电气设备造成损害。（）3．对于含有电容或电感的电路，当开关通断时，电压和电流会按指数规律逐渐变化。（）4．时间常数τ越大，RC电路的充、放电时间越长。（）5．理论上认为，经过(3~5)τ之后，瞬态过程结束。（）●请先独立作答；参考答案与解析见下一页。《电工电子技术基础与技能》（电子与信息大类）·模块4瞬态电路职教高考专项练习练习（一）解析电工电子技术基础与技能一、填空题1．稳定。2．储能（电容/电感）。3．时间常数τ（RC电路τ=RC；RL电路τ=L/R）。二、判断题1．√瞬态过程是产生特定波形的常用手段。2．√过电压、过电流会击穿器