電路分析基礎(chǔ) 教學(xué)課件 作者 畢淑娥 第9章.ppt

《電路分析基礎(chǔ) 教學(xué)課件 作者 畢淑娥 第9章.ppt》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、第9章線性電路的暫態(tài)分析內(nèi)容提要本章主要介紹線性一階電路的零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)和全響應(yīng)，線性一階電路的階躍響應(yīng)和沖激響應(yīng)；積分電路和微分電路；二階電路的零輸入響應(yīng)。9.1暫態(tài)過程的基本概念9.2換路定則和初始值的確定9.3一階電路的零輸入響應(yīng)9.4一階電路的零狀態(tài)響應(yīng)9.5一階電路的全響應(yīng)及三要素法9.6一階積分電路與微分電路9.7一階電路的階躍響應(yīng)9.8一階電路的沖激響應(yīng)9.9二階電路的零輸入響應(yīng)在一些電子設(shè)備上，有的電路系統(tǒng)需要延時啟動，這就需要在電源和電路系統(tǒng)之間接入延時電路?！疽繄D示是由RC

2、串聯(lián)電路組成的延時啟動電路。當(dāng)開關(guān)S閉合后，從輸入、輸出電壓的波形中可見，是從0V瞬間上升到5V，從0V緩慢上升到5V，實現(xiàn)了電路系統(tǒng)的延時啟動。那么，為什么輸出電壓會出現(xiàn)延時？輸出電壓是按著什么規(guī)律變化的？延時時間的長短和什么關(guān)系？9.1電路暫態(tài)過程的基本概念當(dāng)電源恒定或周期性變化時，所產(chǎn)生的響應(yīng)也是恒定的或周期性變化的，這種電路稱為穩(wěn)態(tài)電路。實際電路的工作狀態(tài)總是發(fā)生變化的，例如電源的接通或斷開，電源電壓、電路元件參數(shù)改變等，都會使電路中的電壓、電流發(fā)生變化，導(dǎo)致電路從一個穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)換為另一個穩(wěn)定狀態(tài)。

3、若電路中存在電感和電容元件，電路的轉(zhuǎn)換過程不是一瞬間完成的，而是要經(jīng)過一定的轉(zhuǎn)換過程，這個轉(zhuǎn)換過程稱為暫態(tài)過程或過渡過程。此時的電路稱為暫態(tài)電路。9.1.1暫態(tài)過程產(chǎn)生的原因換路：將電源的接通或斷開、電壓或電流的改變、電路元件的參數(shù)改變統(tǒng)稱為換路。我們先來分析圖a)電路的暫態(tài)過程。當(dāng)開關(guān)S斷開時（換路前），電容未儲存能量，即當(dāng)開關(guān)S閉合后（換路后），電源通過電阻向電容提供上升。能量，電容儲存能量，對于線性電容元件，在任意時刻，其上的電荷和電壓的關(guān)系為項為零，說明換路時刻前后，電容上的電荷和電壓不發(fā)生躍變。式

4、中，設(shè)為換路前時刻，為換路后時刻。若換路時刻前后，電容的電流是有限值，則上式中的積分圖a）換路后，電容電壓是從0V開始逐漸上升的，達到時，電容的能量儲存完畢，電路達到新的穩(wěn)態(tài)。一般將電容儲存能量的過程稱為電容的充電。電容充電的電壓波形如圖b）所示。9.1.2暫態(tài)過程的分析方法1.經(jīng)典法由于電容、電感的伏安關(guān)系分別為和所以含有電容、電感的電路，所列出的KCL和KVL方程都是微分方程。所以，經(jīng)典法就是微分方程法。2.拉普拉斯變換法當(dāng)電路中含有多個儲能元件時，就要建立高階微分方程。而求解高階微分方程的積分常數(shù)過于

5、繁瑣。所以，含有多個儲能元件的電路一般都采用拉普拉斯變換分析法。拉普拉斯變換分析法就是將線性電路的微分方程轉(zhuǎn)換為代數(shù)方程進行求解的方法。9.2換路定則和初始值的確定9.2.1換路定則設(shè)為換路時刻，為換路前的末了瞬間，為換路后的初始瞬間，到為換路瞬間。所謂初始值，是指換路后初始瞬間的電壓、電流值，即時的電壓、電流值。對于線性電容元件，若換路瞬間前后電流限值，則電容上的電荷和電壓不發(fā)生躍變。為有換路定則:在換路瞬間，電容上的電壓、電感中的電流不能突變。則同理，對于線性電感元件，若換路瞬間前后電壓為有限值，則在換

6、路瞬間（到），電感中的磁鏈和電流不發(fā)生躍變，即9.2.2初始值的確定獨立初始值：由原穩(wěn)態(tài)電路確定，如和；求解初始值的具體步驟如下：時的等效電路確定，如和等。非獨立初始值：由1.先求獨立初始值和在原穩(wěn)態(tài)電路中，電容相當(dāng)開路，電感相當(dāng)短路。畫出時的等效電路，將電容和電感進行等效替代。對于電容：當(dāng)時，電容相當(dāng)短路；當(dāng)時，電容相當(dāng)是一個電壓值為的電壓源。對于電感：當(dāng)時，電感相當(dāng)斷路；當(dāng)時，電感相當(dāng)是一個電流值為的電流源。2.再求非獨立初始值和【解】（1）求獨立初始值?！纠?.1】在圖a)電路中，已知，，換路前電感和

7、電容均未儲能，時開關(guān)S閉合。試求：電路的初始值、、、、、、。時，，，根據(jù)換路定則，有（2）求非獨立初始值。由于所以在時，電容相當(dāng)短路、電感相當(dāng)斷路。時的等效電路如圖b）所示。時的由等效電路求出【例9.2】在圖9.5a）中，已知換路前電路已處于穩(wěn)態(tài)，試求：電路的初始值時開關(guān)S打開。、、、、?！窘狻浚?）求獨立初始值。時電感、電容已儲能，電路處于穩(wěn)態(tài)，則有所以（2）求非獨立初始值。由于在時，電容用4V的電壓源替代，電感用2A的電流源替代。時的等效電路如圖b)所示。求出由等效電路9.3一階電路的零輸入響應(yīng)用一階線

8、性微分方程描述的電路稱為一階電路。一階電路產(chǎn)生的響應(yīng)有三種情況，即零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)和全響應(yīng)。所謂零輸入響應(yīng)，是指換路前儲能元件已經(jīng)儲能，換路后僅由儲能元件釋放能量在電路中產(chǎn)生的響應(yīng)。9.3.1RC電路的零輸入響應(yīng)，在圖a)中，開關(guān)S置于位置1時，電容C充電到，電路處于原穩(wěn)態(tài)。時，開關(guān)S置于位置2。此時，電容通過電阻進行放電，最后將能量全部釋放掉，電路達到新的穩(wěn)態(tài)。開關(guān)S置于位置2的電路如圖b）所示。換路t>