北邮社《电工与电子技术》教学课件-NO3.pptVIP

电工与电子技术 单元三 线性电路的过渡过程 学习目标 了解换路及一阶线性电路过渡过程的概念及物理意义。 掌握换路定律，并会应用换路定律求动态电路的初值。 掌握一阶RC、RL电路的零输入响应的求解方法。 掌握一阶RC、RL电路的零状态响应的求解方法。 掌握三要素法求解一阶RC、RL电路全响应的方法。 课程导入 在含有储能元件的电路中，当电路的工作条件发生变化，如电路的接通或断开、某支路短路、元件参数突变等，这些情况的变化称为换路。换路时，电路中的电压、电流要从原有的稳态值向新的稳态值转变，一般情况下这个转变不会瞬间完成，它必须经历一段时间，在这段时间内完成从原有稳态向新稳态的过渡，这一过程称为电路的过渡过程，也称暂态。本单元讨论一阶线性电路的过渡过程。 单元三 线性电路的过渡过程 过渡过程的产生及换路定律 一、 （一）过渡过程的产生 前面对电路的分析都是稳态分析。稳态是指电路中的电流和电压在给定的条件下已达到稳定值的状态。 过渡过程的产生是物质所具有的能量不能跃变引起的。如果能量能跃变，即意味着能量的变化率（功率）为无穷大，因此在含有电感或电容的电路中，储能元件能量的储存和消失都需要有一个过程。 单元三 线性电路的过渡过程 假设t=0为换路瞬间，而以t=0－表示换路前的瞬间，t=0+表示换路后的瞬间。0－ 和0+在数值上都等于0，但前者是指t 从负值趋于零，后者是指t从正值趋于零。从t=0－到0+瞬间，电感元件中的电流和电容元件的电压不能跃变，这称为换路定律，用公式表示为 iL（0+）=iL（0－） uC（0+）=uC（0－） 单元三 线性电路的过渡过程 （二）换路定律 在运用换路定律求取电路变量的初始值时，应注意以下几点。 （1）换路定律只适用于换路瞬间电感的初始电流iL（0+）和电容的初始电压uC（0+）。 （2）一般先根据t0时的电路求出iL（0－）或uC（0－），即可得iL（0+）或uC（0+），再结合电路其他参数确定t=0+时刻电路中其他电压和电流的初始值。 （3）对于直流激励，换路前及很长时间后的稳定状态，电容元件可视为开路，电感元件可视为短路。 （4）对于已储能的电容和电感，在换路瞬间，即t=0+时刻，可分别将电容电压作为电压源和将电感电流作为电流源处理。 单元三 线性电路的过渡过程 一阶RC、RL电路过渡过程的分析 二、 （一）一阶RC电路的过渡过程分析 1.RC电路的零输入响应 只含有一个储能元件的电路称为一阶电路。所谓RC电路的零输入响应，是指动态电路在没有独立电源激励时，由初始状态uC（0+）产生的电路响应。 单元三 线性电路的过渡过程 单元三 线性电路的过渡过程 RC放电电路 2.RC电路的零状态响应 所谓RC电路的零状态，是指换路前电容元件没有储能，即uC（0－）=0，在此条件下，由外加激励而引起的电路响应，称为RC电路的零状态响应。 单元三 线性电路的过渡过程 单元三 线性电路的过渡过程 RC充电电路 单元三 线性电路的过渡过程 充电电路曲线 3.RC电路的全响应 所谓RC电路的全响应，是指电源激励US和电容元件的初始状态uC（0+）均不为零时电路的响应，也就是零输入响应和零状态响应的叠加。 单元三 线性电路的过渡过程 （二）一阶RL电路过渡过程的分析 单元三 线性电路的过渡过程 下图所示为RL零输入响应电路。换路前，开关S合在位置2上，电路处于稳定状态，I0=USR。在t=0时刻，将开关 S 从位置2合到位置1上，使电路脱离电源，RL被短路。有一个电感能量消耗的过程。下面分析它的过渡过程。 RL零输入响应电路 1.RL串联电路的零输入响应 单元三 线性电路的过渡过程 电路的响应曲线 单元三 线性电路的过渡过程 在下图所示电路中，换路前，线圈没有储能，iL（0－）=0。当t=0时将开关 S 合上，电路与一直流电源US接通。这是一个零状态响应的电路。 RL电路的零状态响应 2.RL串联电路的零状态响应 单元三 线性电路的过渡过程 电流iL变化的曲线 单元三 线性电路的过渡过程 3.RL串联电路的全响应 在下图所示电路中，电源电压为US，iL（0－）=I0，这是一个全响应电路。 RL电路的全响应 （三）一阶线性电路过渡过程分