计算机电路基础课件2015-11第4章.pptVIP

第4章 电路的暂态分析 （时间：2次课，4学时） 主要内容 4.1 换路定律 4.1.1 电路中过渡过程的产生 4.1.2 换路定律 4.2 一阶线性电路暂态分析 4.2.1 初始值 f(0+) 4.2.2 稳态值f() 4.2.3 时间常数τ 4.2.4 一阶线性电路的暂态分析 4.3 微分电路和积分电路 4.3.1 微分电路 4.3.2 积分电路 教学提示： 一般的电路中都含有储能元件(电感和电容)，在电源断开、接通或电路参数变化时，原有的稳定状态被破坏，电路需要经过一个短暂时间才能过渡到另一个稳定状态，这个过渡过程称为暂态过程。对过渡过程的分析称为暂态分析。 教学目标： (1)充分理解换路定律和暂态过程； (2)掌握暂态分析的三要素； (3)掌握一阶电路的分析和计算。 4.1 换 路 定 律 电路中电源的电动势或电路参数发生变动，经过一段时间后，各支路的电流、电压都到达一个新的稳定的工作状态 --- 称为稳定状态(简称稳态)。 电路从一个稳定状态转变到另一个稳定状态，介于两种稳态之间的变化过程，称为过渡过程(简称暂态)。 电路中电源的电动势或电路参数发生的变动，称为换路 4.1.1 电路中过渡过程的产生 如图电路，开关K在未闭合时，电阻和电容上均无电流和电压。电路处于一种稳定状态。 当开关K闭合后，电源U通过电阻向电容充电，使uC逐步上升，经过一段时间后，电容两端的电压uC基本等于电源电压U，电容充电过程结束，电容相当于开路。达到另一个稳定状态 电路从一个稳定状态转变到另一个稳定状态的过程称为暂时的过渡过程本--暂态 4.1.2 换路定律 电路中流过电流其周围产生电磁场。 电路中电压或电流的建立或其量值上的改变，必然要引起周围电磁场能量的改变或转换。这种改变与转换只能是连续变动的，即渐变的，而不可能跳变。 因为: 跳变意味着变动的速率无限大,则能量转换速率是 无限大的，这是不可能的。 电感上的磁通和电流都不能跳变；否则 电容上的电荷和电压也是不能跳变的。 否则电容上的电流 1.换路定律: 不论是何原因引起电路产生过渡过程，在换路后的一瞬间，电感上的电流和电容上的电压都应保持换路前一瞬间的原电量值不变，换路后以此为起始值作连续变动。此规律称为换路定律。 设: 换路的瞬间为t = 0， 换路前的瞬间为t = 0-， 换路后初始的瞬间t = 0+ 换路定律用公式可写成： iL (0-) = iL (0+ )， uC(0-) =uC(0+) (4-1) 写成统一的形式 f(0-) = f(0+) (4-2) 称 f(0+)为换路初始瞬间值，即暂态过程初始值。 2.暂态过程中三个重要的特征量(三要素)： 从上例的响应图(右图)中可看到 三个重要的特征量: (1)换路后初始的瞬间电压值uC(0+)； (2)暂态过程结束，电容上电压的 稳定值uC(∞)； (3)暂态过程中电容电压uC的指数规 律变化情况，它与电路的时间常 数τ有关。 这三个量反映出换路前后的变化特征， 依此还可求出暂态过程中任一瞬间的有 关电量，因此称这三个量为暂态过程的 三要素。 4.2.1 初始值 f(0+) 1.定义: 据换路定律f(0-) = f(0+)，换路后的初始值f(0+)是等于 换路前的一瞬间的原电量值。 2. 求右图所示电路iL (0+ ): 开关K在t = 0时打开， 在t=0-，电路处于原稳定状态 可求得电感上的电流: iL (0-) = U/R 换路后t = 0+，根据换路定律f(0-) = f(0+)， 则 iL (0+ )= iL (0-) = U/R 4.2.2 稳态值f(∞) 稳态值f(∞)是指电路暂态过程结束后的电路稳定值。 如下图所示电路，求K闭合后电容上电压值uC(∞). 换路后t = ∞时，电容充电过程的结束, 电容充电的终值是电源的电压U,电容上电压达到 一个新的稳态值。 由于uC(∞)=U，所以i=0。 图4.4所示有电