5.1动态电路的方程及初始条件公开课.pptVIP

第五章 电路的暂态分析 第一节 动态电路的方程及初始条件 第二节 RC电路的暂态过程 第三节 一阶线性电路暂态分析的三要素法 第五节 RL串联电路的暂态过程 第四节 微分电路与积分电路 1. 理解电路的暂态和稳态、零输入响应、零状态响应、全响应的概念，以及时间常数的物理意义； 2. 掌握换路定则及初始值的求法； 3. 一阶线性电路的零输入响应及在阶跃激励下的零状态响应和全响应的分析方法； 4. 如何应用“三要素法”分析一阶电路的暂态过程； 5. 微分电路和积分电路的工作原理。 本章的难点是：复杂的一阶电路任意电流、电压响应的初始值确定以及时间常数的计算。 教学要求： 第5章 电路的暂态分析 C 电路处于旧稳态 S R U + _ 开关S 闭合 电路处于新稳态 R U + _ 稳态： 稳定状态简称稳态，就是电路中的电流和电压在给定条件下已达到某一稳定值（对交流讲是指它的幅值达到稳定）。 暂态： 在外界条件发生变化时，电路要从一种稳定状态向另一种稳定状态逐渐过渡，这个过渡过程往往为时短暂，所以电路的过渡过程称为暂态过程，简称暂态。 第一节 动态电路的方程及初始条件 1. “稳态”与 “暂态”的概念 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。 研究暂态过程的实际意义 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。 动态电路: 含有电容或电感,在分析计算时涉及到微分方程来描述的电路。 电流 i 随电压 u 比例变化。 合S后： 所以电阻电路不存在暂态过程 (R是耗能元件)。 合S前： t I O 2. 产生暂态过程的电路 S + - U R3 R2 u2 + - 分析： 开关闭合前： I=0, Uc=0,稳定状态 开关闭合后： I=0, Uc =10V,新的稳定状态 10V Us + － S(t=0) R C + － UC I 2. 产生暂态过程的电路 U 暂态 稳态 o t 新稳态 电路中开关的接通、断开或元件参数发生变化，都会引起电路工作状态的变化，把这种变化称为“换路”。 换路： 如：1.电路的接通、断开； 2.电源的升高或降低； 3. 元件参数的改变 含有电容和电感的电路 当发生换路时 有暂态 ( 过渡过程 ) 产生 开关S 闭合后的 I ？ 无过渡过程 I 电阻电路 t = 0 U R + _ I S 结论： 电阻电路不存在过渡过程。 从一个稳态到另一个稳态，不需要过渡时间 结论： 电阻电路不存在过渡过程。 U S R + _ C uC S 闭合后的UC？ t U 从一个稳态到另一个稳态，需要过渡时间 t0 经过 t0 时间后，电路达到新稳态 结论： 电容电路存在过渡过程。 结论： 电容电路存在过渡过程。 K R U + _ t=0 iL t 结论： 电感电路存在过渡过程。 结论： 电感电路存在过渡过程。 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。 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。 电容为储能元件, 它储存的能量为电场能量 , 大小为： 电感为储能元件, 它储存的能量为磁场能量, 大小为： 电容电路 电感电路 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。 3. 产生过渡过程的原因 不能突变 不能突变 不能突变 不能突变 产生暂态过程的必要条件： ∵ L储能： 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 不能突变 C u \ ∵ C 储能： 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 若 发生突变， 不可能！ 一般电路 则 (1) 电路中含有储能元件 (内因) (2) 电路发生换路 (外因) 总结 换路定则: 换路瞬间, 电容上的电压、电感中的电流不能突变。 设t=0 时换路 --- 换路前瞬间 --- 换路后瞬间 换路定理 注：换路定则仅用于换路瞬间来确定暂态过程中 uC、 iL初始值。 4. 换路定则 电容元件的储能 不能跃变，即 uC(0+)= uC(0–) 电感元件的储能 不能跃变 ，即 iL(0+)= iL(0–) 求解要点： 初始值：电路中各 u、i 在 t =0+ 时的数值。 1) 先由t =0-的电路求出 uC ( 0– ) 、iL ( 0– )； 2) 根据换路定律求出 uC( 0+)、iL ( 0+) 。 3) 由t =0+