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《電工電子技術(shù) 教學(xué)課件 作者 葉水春 樊輝娜 第4章線性動態(tài)電路分析.ppt》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在應(yīng)用文檔-天天文庫。
1、第4章線性動態(tài)電路分析前面討論的是穩(wěn)態(tài)電路，當接通電源或斷開電源時電路立即進入穩(wěn)定狀態(tài)(穩(wěn)態(tài))。本章主要介紹動態(tài)電路的過渡過程、換路定律、初始值、穩(wěn)態(tài)值和時間常數(shù)等概念。討論一階電路的零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)和全響應(yīng)。學(xué)會運用三要素法來分析一階電路。4.1換路定律與初始值4.1.1電路的過渡過程凡是事物的運動和變化，從一種穩(wěn)定狀態(tài)變化到另一種新的穩(wěn)定狀態(tài)，往往不能發(fā)生躍變，而是需要一定的過程（時間），這個物理過程就稱為過渡過程或瞬態(tài)過程。是指電路的結(jié)構(gòu)和參數(shù)一定時，電路中電壓、電流不變。穩(wěn)態(tài):過渡過程:如圖所示電路中，將R、L、C三
2、個元件分別串接一只同樣的燈泡，然后并接在直流電源上，當開關(guān)S閉合后就會看到如下現(xiàn)象：第4章線性動態(tài)電路分析(1)電感支路的燈泡亮度逐漸增強，最后到達穩(wěn)定狀態(tài)。在開關(guān)S合上經(jīng)過一段時間后，燈泡維持某一亮度不變，我們就說電路達到了穩(wěn)定狀態(tài)，簡稱穩(wěn)態(tài)。而從開關(guān)合上的這一瞬間開始到進入另一穩(wěn)態(tài)的這段時間里，電流是從零逐漸上升到穩(wěn)定值的，這種電路由一種穩(wěn)定狀態(tài)過渡到另一種穩(wěn)定狀態(tài)的過程就是過渡過程。電感支路電流變化規(guī)律如圖所示。(2)電容支路的燈泡在開關(guān)合上后，由最亮到逐漸變暗直至最后熄滅。即開關(guān)合上的瞬間，電容開始充電，電容兩端電壓uC逐
3、漸增大，經(jīng)過一段時間后，uC等于電源端電壓，電容相當于斷路，此時電路進入穩(wěn)態(tài)。這種uC由零狀態(tài)過渡到等于電源端電壓的過程，也是過渡過程。其電壓變化曲線如圖所示。(3)電阻支路的燈泡，開關(guān)合上后，燈泡亮度不變，支路電流由零立即躍變到穩(wěn)定值，不存在過渡過程。其電流變化規(guī)律如所示。第4章線性動態(tài)電路分析過渡過程產(chǎn)生原因:內(nèi)因是電路中存在動態(tài)元件L或C；外因是電路發(fā)生換路。換路引起電路工作狀態(tài)變化的各種因素。如電路接通、斷開或結(jié)構(gòu)和參數(shù)發(fā)生變化等。電路中含有儲能元件(電感或電容)，在換路瞬間儲能元件的能量不能躍變，即電感元件的儲能不能躍變
4、電容元件的儲能不能躍變否則將使功率達到無窮大第4章線性動態(tài)電路分析4.1.2換路定律與初始值設(shè)t=0為換路瞬間，而以t=0–表示換路前的終了瞬間，t=0+表示換路后的初始瞬間。換路定律用公式表示為iL(0+)=iL(0–)uC(0+)=uC(0–)注意在應(yīng)用換路定律時，要注意的是電容電壓uC和電感電流iL不能躍起變,而電容電流iC和電感電壓uL以及電阻上的電壓uR、電流iR等是可以躍變的，因為它們的躍變不會導(dǎo)致能量的躍變。初始值的計算步驟：(1)由換路前的穩(wěn)態(tài)電路，即t=0－時的等效電路求出電容電壓uC(0–)和電感電流iL(0–
5、),其余電壓和電流與初始值無關(guān),不必去求。(2)根據(jù)換路定律得到電容電壓和電感電流的初始值，即uC(0+)=uC(0–)，第4章線性動態(tài)電路分析(3)根據(jù)換路后t=0＋時的等效電路求出電容電流、電感電壓和電阻電壓、電流的初始值。在t=0＋時的等效電路中，如果電容元件儲有能量，即uC(0+)≠0，電容元件可用一個大小為uC(0+)的理想電壓源等效代替，如果電容元件沒有儲能，即uC(0+)＝0，電容元件則可視為短路，用短線代替；如果電感元件儲有能量，即iL(0+)≠0，電感元件可用一個iL(0+)的理想電流源等效代替，如果電感元件無儲
6、能，即iL(0+)=0則將電感元件視為開路。iL(0+)=iL(0–)例已知iL(0?)=0，uC(0?)=0，試求S閉合瞬間，電路中各電壓、電流的初始值。解uC(0+)=uC(0-)=0iL(0+)=iL(0–)=0根據(jù)換路定則及已知條件可知，電路中各電壓電流的初始值為t=0+時的等效電路為i1(0+)=iC(0+)=UR1u1(0+)=i1(0+)R1=Uu2(0+)=0iL(0+)=iL(0-)=0uL(0+)=U第4章線性動態(tài)電路分析4.2一階電路的零輸入響應(yīng)一階電路只含有一個儲能元件或可等效為一個儲能元件的動態(tài)電路。一階
7、電路的零輸入響應(yīng)在一階電路中，若輸入激勵信號為零，僅由儲能元件的初始儲能所激發(fā)的響應(yīng)。4.2.1RC電路的零輸入響應(yīng)RC電路的零輸入響應(yīng)，實際上就是分析已經(jīng)充電的電容通過電阻的放電過程。在如圖所示的電路中，開關(guān)S在位置1時，電源對電容C充電且已達到穩(wěn)態(tài)，若在t=0時刻把開關(guān)從位置1扳到位置2，使電路脫離電源，輸入信號為零，電路進入過渡過程。根據(jù)換路定律，此時電容元件已儲有能量，，電容元件通過電阻R開始放電。RC電路的零輸入響應(yīng)第4章線性動態(tài)電路分析電路中各電壓、電流參考方向如圖所示。根據(jù)基爾霍夫電壓定律可得（）將,代入上式得（）電
8、容上的零輸入響應(yīng)電流為:時，電容上的零輸入響應(yīng)電壓為：（）經(jīng)過數(shù)學(xué)分析和推導(dǎo)可得，當電路的初始值（）第4章線性動態(tài)電路分析即：時間常數(shù)：ττ＝RC，單位為秒（s）電容上的零輸入響應(yīng)電流、電壓曲線時間常數(shù)的大小直接影響及的衰減快慢。理論上，電路經(jīng)過無
