电路过渡过程PPT课件

1、.0702,6-1,电路的暂态分析,.0702,6-2,电路的暂态分析 (电路的过渡过程),1 概述 2 换路定理及初始值的确定 3 一阶电路过渡过程的分析 4 脉冲激励下的RC电路 5 含有多个储能元件的一阶电路,.0702,6-3,稳态,暂态,3.1 概述,.0702,6-4,产生过渡过程的电路及原因?,电阻电路,电阻是耗能元件，电阻电流随电阻两端电压成比例变化，不存在过渡过程。,.0702,6-5,电容为储能元件，它储存的能量为电场能量 ，其大小为：,电容电路,储能元件,因为能量的存储和释放需要一个过程，所以有电容的电路存在过渡过程。,.0702,6-6,储能元件,电感电路,电感为储能元

2、件，它储存的能量为磁场能量，其大小为：,因为能量的存储和释放需要一个过程，所以有电感的电路存在过渡过程。,.0702,6-7,结论,有储能元件（L、C）的电路在电路状态发生 变化时（如：电路接入电源、从电源断开、电路 参数改变等）存在过渡过程； 纯电阻（R）电路，不存在过渡过程。,电路中的 u、i在过渡过程期间，从“旧稳态”进 入“新稳态”，此时u、i 都处于暂时的不稳定状态， 所以过渡过程又称为电路的暂态过程。,.0702,6-8,讲课重点：直流电路、交流电路都存在过渡过程。 我们讲课的重点是直流电路的过渡过程。,研究过渡过程的意义：过渡过程是一种自然现象， 对它的研究很重要。过渡过程的存在

3、有利有弊。有利的方面，如电子技术中常用它来产生各种波形；不利的方面，如在暂态过程发生的瞬间，可能出现过压或过流，致使设备损坏，必须采取防范措施。,.0702,6-9,一、 换路定理,换路: 电路状态的改变。如：,3.2 换路定理及初始值的确定,.0702,6-10,换路定理:,在换路瞬间，电容上的电压、电感中的电流不能突变。,.0702,6-11,换路瞬间，电容上的电压、电感中的电流不能突变的原因解释如下：,自然界物体所具有的能量不能突变，能量的积累或 释放需要一定的时间。所以,*,.0702,6-12,*,所以电容电压 不能突变,从电路关系分析,S 闭合后，列回路电压方程：,.0702,6-

4、13,二、 初始值的确定,求解要点：,初始值（起始值）：电路中 u、i 在 t=0+ 时 的大小。,.0702,6-14,例1,换路时电压方程 :,发生了突跳,仍然满足克氏定律,.0702,6-15,已知:,电压表内阻,设开关 S 在 t = 0 时打开。,求: S打开的瞬间,电压表两端的电压。,解:,换路前,例2,.0702,6-16,.0702,6-17,已知: S 在“1”处停留已久，在t=0时合向“2”,例3,.0702,6-18,解：,.0702,6-19,t=0 + 时的等效电路,.0702,6-20,计算结果,.0702,6-21,小结,，电感相当于断路。,.0702,6-22,

5、电压方程,根据电路规律列写电压、电流的微分方程，若微分方程是一阶的，则该电路为一阶电路（一阶电路中一般仅含一个储能元件。）如：,3.3 一阶电路过渡过程的分析,一阶电路的概念:,.0702,6-23,3.3.1 一阶电路过渡过程的求解方法,(一) 经典法: 用数学方法求解微分方程；,(二) 三要素法: 求,初始值,稳态值,时间常数,.0702,6-24,一、 经典法,由数学分析知此种微分方程的解由两部分组成：,即：,例,S,R,E,+,_,C,.0702,6-25,1. 求特解 ,.0702,6-26,2. 求齐次方程的通解 ,随时间变化，故通常称为自由分量或 暂态分量。,其形式为指数。设：,

6、.0702,6-27,.0702,6-28,所以,.0702,6-29,故齐次方程的通解为 ：,.0702,6-30,3. 微分方程的全部解,.0702,6-31,称为时间常数,定义：,.0702,6-32,当 t=5 时，过渡过程基本结束，uC达到稳态值。,当 时:,.0702,6-33,关于时间常数的讨论,的物理意义: 决定电路过渡过程变化的快慢。,.0702,6-34,.0702,6-35,二、三要素法,根据经典法推导的结果：,可得一阶电路微分方程解的通用表达式：,.0702,6-36,.0702,6-37,三要素法求解过渡过程要点：,.,.0702,6-38,“三要素”的计算（之一),

7、（计算举例见前）,.0702,6-39,“三要素”的计算（之二),.0702,6-40,求稳态值举例,.0702,6-41,“三要素”的计算（之三),.0702,6-42,RC 电路 的计算举例,.0702,6-43,（2） 对于只含一个 L 的电路，将 L 以外的电 路,视 为有源二端网络,然后求其等效内阻 R。则:,R、L 电路 的求解,.0702,6-44,齐次微分方程：,则：,.0702,6-45,R、L 电路 的计算举例,.0702,6-46,“三要素法”例题,求: 电感电压,例1,已知：S 在t=0时闭合，换路前电路处于稳态。,.0702,6-47,第一步:求起始值,.0702,6

8、-48,.0702,6-49,第二步:求稳态值,.0702,6-50,第三步:求时间常数,.0702,6-51,第四步: 将三要素代入通用表达式得过渡过程方程,.0702,6-52,第五步: 画过渡过程曲线（由初始值稳态值）,.0702,6-53,求：,已知：开关 S 原在“3”位置，电容未充电。 当 t 0 时，S合向“1”,t 20 ms 时，S再 从“1”合向“2”,例2,.0702,6-54,解：第一阶段 （t = 0 20 ms，S：31）,初始值,.0702,6-55,稳态值,第一阶段（S：31）,S,.0702,6-56,时间常数,第一阶段（S：31）,.0702,6-57,.0

9、702,6-58,.0702,6-59,第一阶段波形图,下一阶段 的起点,3,t,20ms,1,.0702,6-60,起始值,第二阶段: 20ms ,（S由 12）,.0702,6-61,稳态值,第二阶段:(S:12),.0702,6-62,时间常数,第二阶段:(S:12),.0702,6-63,.0702,6-64,.0702,6-65,第二阶段小结：,第一阶段小结：,.0702,6-66,总波形,始终是连续的 不能突跳,是可以 突变的,.0702,6-67,开关的动作相当于在电路中加了如下 的信号，这样的信号我们称为阶跃函数。,.0702,6-68,3.3.2 RC电路的响应,零状态、非零

10、状态 换路前电路中的储能元件均未贮存能量，称为零状态 ；反之为非零状态。,电 路 状 态,.0702,6-69,电路的响应,.0702,6-70,R-C电路的零状态响应(充电）,.0702,6-71,R-C电路的零输入响应（放电）,.0702,6-72,零输入 响应,零状态 响应,.0702,6-73,求：,例,已知：开关 S 原处于闭合状态，t=0时打开。,t =0,.0702,6-74,解(一)：三要素法,起始值:,稳态值:,时间常数:,解:,.0702,6-75,解(二)：,零状态解和零输入解迭加,.0702,6-76,零状态解,.0702,6-77,零输入解,全解,.0702,6-78

11、,经典法或三要素法着眼于电路的变化规律,稳态分量,完全解,两种方法小结,.0702,6-79,电路响应分析法着眼于电路的因果关系,.0702,6-80,3.4 脉冲激励下的 RC电路,?,?,.0702,6-81,条件： T,3.4.2 积分电路,电路的输出近似 为输入信号的积分,.0702,6-83,3.4.3 序列脉冲作用下RC 电路的过渡过程, T/2,.0702,6-86,t,t,E, T/2时稳定后的波形,.0702,6-87,三要素方程：,T/2,T,0,.0702,6-88,.0702,6-89,一般情况下，电路中若包含多个储能元件，所列微分方程不是一阶的，属高阶过渡过程。这种电路不能简单用三要素法求解。如：,3.5 含有多个储能元件的一阶电路,.070