电工电子应用技术 RC电路的暂态过程 RC电路的暂态响应教案.doc

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单元4 电路的暂态分析 教案 章节 名称 4.2 电路的暂态过程 学时 安排 2 教学 目标 1.掌握电路的暂态响应及其物理意义; 2.掌握时间常数的物理意义; 3.了解电路的暂态响应的应用。 重点 难点 重点:电路的暂态响应及其物理意义 难点:暂态过程曲线的画法 参考 资料 《电工学》上册 《电工技术》 秦增煌主编 高教出版社 考 核 与评价 自测题 备 注 注:表格内黑体字格式为(黑体,小四号,1.25倍行距,居中) 4.2 电路的暂态过程 一、RC电路的零输入响应(25) 【讲授】图示电路是RC串联电路。 1. 开关先与1接通,给电容充电达到某一数值,再使电路与外加电压断开并短接。此时电容将所储存的能量放出,称为零输入响应,即电容的放电过程。 2. 放电过程也是电路从一个稳定状态变换到另一稳定状态之间的瞬态过程。 uC uC=U0 i= uR=-U0 【说明】 ①都是随时间按指数规律衰减的曲线。。 ②电路放电过程的快慢可以由时间常数来表征,改变电路参数()可以改变瞬态过程的长短。 ④等于电容电压由初始值下降了总变化量的36.8%所需的时间。当时,即可认为基本达到了稳态,放电过程结束。 ⑤如果在图示电路中将开关S在1、2两点间来回拨动,则电容C交替充电与放电,其电压和电流的波形如下图所示。图中连续变化,为正负尖脉冲(突变)。 互动:(10) 【问题】如果电路较复杂,有多个电阻,如何计算时间常数? 【回答】可在换路后的电路中将储能元件支路单独划出,其余部分成为一个线性有源二端网络,其戴维宁等效电路中的内阻乘以则为所计算的时间常数,即。 二、RC电路的零状态响应(25) 【讲授】图示电路是RC串联电路。 ①图5-2-1 开关闭合,电容通过电阻与直流电压接通,从电源吸收电能以电场能的形式储存起来,称为充电过程。 图5-2-1 ②充电过程是电路从一个稳定状态变换到另一稳定状态之间的瞬态过程。 = 3 \* GB3 ③电容充电时电压和电流的波形图如图所示。 uC= U(1-)i=uR=U图4-2-2稳态 uC= U(1-) i= uR=U 图4-2-2 稳态 稳态 瞬态 【说明】都是随时间按指数规律变化的曲线,其中是增长型的指数曲线,而则为衰减型的指数曲线。它们都是从一个稳态到另一稳态之间的瞬态过程。 【讨论】请解释串联电容的白炽灯,为什么在开关合上瞬间突然闪亮了一下,随着时间的延迟逐渐暗下去,直到完全熄灭。 【解答】串联电容的白炽灯相当于电路中的电阻,在开关合上瞬间它的电压如图4-2-2所示,故突然闪亮了一下,随着时间的延迟逐渐暗下去,直到完全熄灭。 【问题】瞬态过程的长短由什么因素决定? 【解答】瞬态过程的长短由时间常数τ决定,时间常数不同时电容电压的曲线如图4-2- C大 最终储能大R C大 最终储能大 R大 i小,储能慢 瞬态过程延长 【说明】①时间常数,单位是s(秒) (Ω·F=(V/A)·C/V=s) ②电容充电先快后慢,如图4-2-2和表4-2-1所示。时间常数 ③从理论上说,只有当时,充电过程才结束,但在工程上可认为,经过的时间,瞬态过程基本结束。 表4-2-1 电容充电时电压的变化 t 0 τ 2τ 3τ 4τ 5τ ∞ uc/uc(∞) 0 0.632 0.865 0.950 0.982 0.993 1 [例4-2-1] 图所示电路中电容未充电,今于瞬时闭合开关,试求电容电压的变化规律。 [解] 去除电容支路后的戴维宁等效电路如图所示,其内阻,故时间常数,又因初始值,稳定值 ,所以 = == uC 的波形如下图所示。 【小结】 ①在电路的充电过程中,电压和电流都是随时间按指数规律变化的,其中电容电压是增长型的指数曲线,电流是衰减型的指数曲线。 ②在电路的放电过程中,电压和电流也是随时间按指数规律变化的,它们都是从初始值衰减至零的。由于放电电流与充电电流方向相反,故放电电流为负值。 ③时间常数决定瞬态过程的长短。在电路中,。在有多个电阻的电路中,应将储能元件单独划出,其余电路作戴维宁等效,其等效内阻即为求时所用的电阻。 三、RC电路的全响应(25) 在初始状态和外加激励共同作用下的响应。如图所示电路中设电容已经充好电,且,在时刻开关闭合,串联电路与直流电源接通。 或 全响应=稳态分量+暂态分量=零输入响应+零状态响应 实际上这是线性电路叠加的结果。因为全响应是由初始值和输入激励共同产生的,所以全响应就等于初始值和输入激励分别作用产生的响应之和。推而广之电路中的任意电压、电流的全响应都可以看成是零输入响应和零状态响应之和,而零输入响应和零状态响应都是全响应的一种特例。 【提问】(10)思考题1 【讨论】(5)思考题2、3 【练习】习题1、2 思考题 1.电容的初始

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