《一階電路瞬態(tài)響應》PPT課件

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1、第3章一階電路瞬態(tài)響應本章教學基本要求理解電路的瞬態(tài)、換路定則和時間常數(shù)的基本概念；掌握一階電路瞬態(tài)分析的三要素法。理解零輸入響應、零狀態(tài)響應、瞬態(tài)響應、穩(wěn)態(tài)響應和全響應的概念。本章講授學時:3學時自學學時:8學時主要內(nèi)容換路定則一階電路的瞬態(tài)響應一階電路的矩形波響應本章小結換路定則瞬態(tài)的概念電路中瞬態(tài)產(chǎn)生的原因換路定則內(nèi)容電路中初始值的確定瞬態(tài)的概念（1）前面幾章我們所討論的是電路的穩(wěn)定狀態(tài)。所謂穩(wěn)定狀態(tài)，就是電路中的電流和電壓在給定的條件下已到達某一穩(wěn)態(tài)值,對交流講是指它的幅值到達穩(wěn)定。穩(wěn)定狀態(tài)簡稱穩(wěn)態(tài)。電路的過渡過程往

2、往為時短暫，所以電路在過渡過程中的工作狀態(tài)常稱為瞬態(tài)，因是個過渡過程又稱為瞬態(tài)過程。瞬態(tài)過程雖然為時短暫，但在不少實際工作中卻是極為重要的。瞬態(tài)的概念(2)日常生活中的瞬態(tài)現(xiàn)象自然界事物的運動，在一定條件下有一定的穩(wěn)定狀態(tài)，當條件改變時，就要過渡到新的穩(wěn)定狀態(tài)。在電路中也同樣存在瞬態(tài)過程，例如，在RC串聯(lián)的直流電路中，其中電流為零，而電容元件上的電壓等于電源電壓，這是電路已經(jīng)達到穩(wěn)定狀態(tài)時的情況。電路中瞬態(tài)產(chǎn)生的原因(1)瞬態(tài)過程的產(chǎn)生是由于物質(zhì)所具有的能量不能躍變而造成的。電路中產(chǎn)生瞬態(tài)的主要原因是由于電路的接通、切斷、短

3、路、電源電壓的改變或電路中元件參數(shù)的改變等（稱為換路）引起電路中的電壓和電流發(fā)生變化，當電路中含有電感元件和電容元件的時候，就會引起電路中的能量關系發(fā)生變化，即：使電感儲存的磁場能量發(fā)生變化，或使電容中儲存的電場能量發(fā)生改變等，而這種變化也是不能躍變的。在含有儲能元件的電路中發(fā)生換路，從而導致電路中的能量關系發(fā)生改變是電路中產(chǎn)生瞬態(tài)的原因。電路中瞬態(tài)產(chǎn)生的原因(2)S閉和前S閉和后很久可見：除了W2以外，WC和WL均與時間無關。電路中瞬態(tài)產(chǎn)生的原因(3)如果希望電路中沒有瞬態(tài)，則在從t=0-到t=0+時間內(nèi)應該有：即：要求電

4、源的功率為無窮大，這顯然是不可能的。所以，在這樣的電路中一定有瞬態(tài)存在。電路中瞬態(tài)產(chǎn)生的條件：1.電路必須進行換路——即電路的接通，斷開、短路、開路，電源電壓改變或電路參數(shù)改變。2.電路中必須有儲能元件L或C；3.換路前后儲能元件儲存的能量發(fā)生改變。換路定則內(nèi)容(1)由于電路的換路，使電路中的能量發(fā)生變化，而這種變化是不能躍變的——必須是連續(xù)的。設t=0為換路瞬間，t=0–表示換路前的終了瞬間，t=0+表示換路后的初始瞬間，0–和0+在數(shù)值上都等于0，但0–是t從負值趨近于0，0+是t從正值趨近于0，從t=0–到t=0+瞬間

5、，電感元件中儲存的磁場能量，WL和電容元件中儲存的電場能量WC是不能躍變的，即對于線性元件L、C為常數(shù)，所以，當換路時WL不能躍變則反映在電感中的電流iL不能躍變，WC的不能躍變則反應在電容上的電壓uc不能躍變，所以通常換路定則又表示為在換路時刻t=0–至t=0+瞬間，電容電壓和電感電流是可以突變的話，則有電容電流為∞，電感電壓為∞。這顯然違背克希荷夫定律，在實際的電路中是不可能的。因此，只有在換路時刻t=0–至t=0+瞬間電容電壓和電感電流都不能突變。換路定則內(nèi)容(2)如果換路發(fā)生在任意時刻t=T，則換路定則表達式為：換路

6、定則內(nèi)容(3)電路中初始值的確定(1)換路定則僅適用于換路瞬間，可根據(jù)它來確定t=0+時電路電壓和電流之值。即瞬態(tài)過程的初始值，其方法如下：1．由t=0–時的等效電路求出uC(0–)和iL(0–)。如果換路前電路處于穩(wěn)態(tài)，則電感視為短路，電容視為開路。2．在t=0+的電路中，用換路定則確定uc(0+)和iL(0+)求出t=0+的等效電路。3．用電壓源V0=uc(0+)代替電容，用電流源I0=iL(0+)代替電感。作出t=0+時刻的等效電路，應用求解直流電路的方法，計算電路中其他各量在t=0+時的初始值。初始條件電路元件初值（

7、0+）終值（∞）初始無儲能短路開路開路短路初始有儲能電壓源+短路開路電流源+開路短路電路中初始值的確定(2)電路中初始值的確定(3)例1:如圖1所示電路，換路前開關S閉合電路處于穩(wěn)態(tài),求換路后電容電壓的初始值uC(0+),iR(0+)。解:由于換路前電路處于穩(wěn)態(tài)，電容相當于開路，作出t=0–等效電路如圖所示。R14k12VuC(0–)8kt=0-的電路根據(jù)t=0–等效電路如圖，按分壓公式便可計算出電容電壓為:iRR14k12VKt=08kR22mFuC圖1R14k12VuC(0–)8k電路中初始值的確定(4)用8V電壓源代替

8、uC(0+)畫出t=0+的等效電路見圖所示。iR(0+)8kR2+–uC(0+)t=0＋的電路iRR14k12VKt=08kR22mFuC圖1電路中初始值的確定(5)例2：如圖所示電路，計算開關K閉合后各元件的電壓和各支路電流的初始值。開關閉合前電容電壓為零值。t=0+電路i1(0+)Ei