電工技術(shù)基礎(chǔ)-5課件

1、第5章 一階電路的時域分析 5.1 換路定則及初始值5.2 三要素法5.3 一階電路的零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)和全響應(yīng)5.4 RC微分電路和積分電路tE穩(wěn)態(tài)暫態(tài)舊穩(wěn)態(tài) 新穩(wěn)態(tài) 過渡（暫態(tài)）過程 :C電路處于舊穩(wěn)態(tài)KRE+_開關(guān)K閉合概 述電路處于新穩(wěn)態(tài)RE+_“穩(wěn)態(tài)”與 “暫態(tài)”的概念: 有儲能元件（L、C）的電路在電路狀態(tài)發(fā)生變化（換路）時（如：電路接入電源、從電源斷開、電路參數(shù)改變等）存在過渡過程； 沒有儲能作用的電阻（R）電路，不存在過渡過程。 電路中的 u、i 在過渡過程期間，從“舊穩(wěn)態(tài)”進入“新穩(wěn)態(tài)”，此時u、i 都處于暫時的不穩(wěn)定狀態(tài)，所以過渡過程又稱為電路的暫態(tài)過程。5.1 換路定

2、則及初始值 5.1.1換路定則 換路定則:在換路瞬間，電容上的電壓、電感中的電流不能突變。設(shè)：t=0 時換路- 換路前穩(wěn)態(tài)終了瞬間- 換路后暫態(tài)起始瞬間則：例1 電路如圖所示，已知 S由b點聯(lián)接到a點，試求 開關(guān)S動作前電路已處于穩(wěn)態(tài)，在 時開關(guān)解 5.1.2 初始值 1. 計算 、 值2. 畫 瞬間的等效電路3. 計算其它初始值 小結(jié) 1. 換路瞬間，不能突變。其它電量均可能突變，變不變由計算結(jié)果決定；3. 換路瞬間，電感相當于恒流源，其值等于，電感相當于斷路。2. 換路瞬間，電容相當于恒壓源，其值等于電容相當于短路；例2 電路如圖所示。時電路處于穩(wěn)態(tài)，時開關(guān)S斷開。已知：R1 = 3 ，R

3、2 = 4 ，R3 = 8 ，R4 = 12 ， R5 = 1 ，US = 20 V。試求電路的初始電流解 時的等效電路 根據(jù)換路定則，有瞬時的等效電路 戴維南等效電路 5.2 三要素法 5.2.1 一階電路微分方程的建立1. RC一階電路分析 根據(jù)時所示的RC電路圖b，列KVL方程為 2. RL一階電路分析 根據(jù)時所示的RL電路圖b，列KVL方程為 可得一階電路微分方程解的通用表達式：代表一階電路中任一待求電壓、電流響應(yīng)。式中5.2.2 三要素法 、和稱為一階電路的三要素 其中三要素為: 初始值 -穩(wěn)態(tài)值 -時間常數(shù) - 利用求三要素的方法求解過渡過程，稱為三要素法。只要是一階電路，就可以用

4、三要素法。三要素法求解過渡過程要點：分別求初始值、穩(wěn)態(tài)值、時間常數(shù)；.將以上結(jié)果代入過渡過程通用表達式；初始值 -穩(wěn)態(tài)值 -時間常數(shù)-例1電路如圖a所示，當 t0時電路為穩(wěn)態(tài)，t0時開關(guān)S1閉合、S2斷開。已知：路響應(yīng)、和。試求電解 5.3一階電路的零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)和全響應(yīng) 5.3.1 一階電路的零輸入響應(yīng)零輸入響應(yīng) 是指一階電路換路以后，當外加激勵源為零時，由儲能元件C、L的初始儲能所引起的響應(yīng)。 1. RC電路的零輸入響應(yīng)時RC電路 由三要素法得曲線與時間常數(shù)的關(guān)系 2. RL電路的零輸入響應(yīng)電感電壓的零輸入響應(yīng)為 例1 電路如圖a所示，已知：時開關(guān)S1閉合，時S2閉合。試求時電容電

5、壓和電阻R2上的端，并畫出的變化曲線。 和電阻R2上的端電壓解 當時由三要素法解得 uC(t)的變化曲線 零狀態(tài)響應(yīng) 是指一階電路換路瞬間，儲能元件C、L上儲存的能量為零，換路后電路由外加激勵源所引起的電壓、電流響應(yīng)。 5.3.2 一階電路的零狀態(tài)響應(yīng)1. RC電路的零狀態(tài)響應(yīng)uC零狀態(tài)響應(yīng)曲線 2. RL電路的零狀態(tài)響應(yīng) 例2 電路如圖a所示， t0時電路為穩(wěn)態(tài)。已知：。當S閉合。試求時電流和。時開關(guān)t=0+瞬間電路 解 5.3.3 一階電路的全響應(yīng)全響應(yīng) 當一階電路的外加激勵源和初始狀態(tài)都不為零時，由此產(chǎn)生的電路響應(yīng)。 （1）零輸入響應(yīng) （2）零狀態(tài)響應(yīng) （3）全響應(yīng)零輸入響應(yīng) 零狀態(tài)響應(yīng)

6、5.4 RC微分電路和積分電路 5.4.1 RC微分電路 若有則可見，式中的輸出電壓與輸入近似成微分關(guān)系. 電壓1. RC微分電路的時間常數(shù)1. RC微分電路的時間常數(shù)由于RC微分電路要求 ，則 由上式可得滿足的條件要很小。由此可得RC微分電路的時間常數(shù)為：電阻R和電容C參數(shù)值要小，即RC微分電路的時間常數(shù)2. RC微分電路的零狀態(tài)響應(yīng) 當輸入電壓為矩形脈沖電壓，如電容電壓的初始條輸出電壓的零狀態(tài)響應(yīng)為V，則在時，電容電壓的零狀態(tài)件為為響應(yīng)由于時間常數(shù)，則時對電容C迅速充電到；與此同時，迅速衰減到零值，形成一個正尖時，。脈沖。即3. RC微分電路的零輸入響應(yīng) 當輸入矩形脈沖電壓為時，零輸入響應(yīng)為則 同理，在時，由于，電容C電壓通過電阻R迅速放電到零值，形成負尖脈沖。5.4.2 RC積分電路 若有則可見，式中的輸出電壓與輸入電壓近似成積分關(guān)系，因此圖稱為積分電路。1. RC積分電路的時間常數(shù) 2. RC積分電路的零狀態(tài)響應(yīng) 3. RC積分電路的零輸入響應(yīng) 小 結(jié) 本章主要是應(yīng)用三要素法分析一階電路的過渡過程。一、三要素法 三要素 初始值、時間常數(shù)、換路后的穩(wěn)態(tài)值稱為一階電路的三要素。 二、一階電路響應(yīng)1. 零輸入響應(yīng)當換