電路分析與應用 教學PPT課件

電路分析與應用 教學PPT課件,電路分析與應用,教學PPT課件,電路,分析,應用,教學,PPT,課件 江西應用技術職業(yè)學院電路分析與應用電路分析與應用精精品品教教材材學習情境三學習情境三 日光燈照明電路的安裝與測試日光燈照明電路的安裝與測試 項目項目1 1 一階線性電路的分析與應用一階線性電路的分析與應用江西應用技術職業(yè)學院機電系目目 錄錄一一階動態(tài)電路的零路的零輸入入響響應31 一階動態(tài)電路的零狀態(tài)響應一階動態(tài)電路的零狀態(tài)響應4一階動態(tài)電路的全響應與三要素法一階動態(tài)電路的全響應與三要素法5電路的過渡過程與換路定律電路的過渡過程與換路定律 電容與電感電容與電感2江西應用技術職業(yè)學院機電系學習項目引入學習項目引入-日光燈照明電路日光燈照明電路 日光燈電路由燈管，鎮(zhèn)流器和啟輝器及開關組成。日光燈電路由燈管，鎮(zhèn)流器和啟輝器及開關組成。江西應用技術職業(yè)學院機電系 2 2電容元件電容元件 我們常將理想電容器稱為電容元件，簡稱為電容。電容元件的圖形我們常將理想電容器稱為電容元件，簡稱為電容。電容元件的圖形符號如圖符號如圖3-13-1所示。所示。電容為：電容為：圖圖3-1 電容元件的圖形符號電容元件的圖形符號 在國際單位制中，電容的單位為法拉，簡稱法，用符號在國際單位制中，電容的單位為法拉，簡稱法，用符號F表示。表示。任務一任務一 電容與電感電容與電感一、電容器及電容元件一、電容器及電容元件1電容器電容器 電容器可由兩塊金屬導體中間隔以絕緣介質(zhì)而組成。電容器是一種能電容器可由兩塊金屬導體中間隔以絕緣介質(zhì)而組成。電容器是一種能夠儲存電場能量的元件。在實際電容器中，由于兩極之間的介質(zhì)具有一定夠儲存電場能量的元件。在實際電容器中，由于兩極之間的介質(zhì)具有一定的介質(zhì)損耗和漏電。當損耗極小時，我們可以忽略，把實際電容器看成理的介質(zhì)損耗和漏電。當損耗極小時，我們可以忽略，把實際電容器看成理想電容。想電容。江西應用技術職業(yè)學院機電系 3.3.電容上的電壓與電流電容上的電壓與電流 當電容兩端電壓發(fā)生變化時，極板上聚集的當電容兩端電壓發(fā)生變化時，極板上聚集的電荷也相應地發(fā)生變化，這時電容所在的電路中電荷也相應地發(fā)生變化，這時電容所在的電路中就有電荷的定向移動，形成了電流。電容電路中就有電荷的定向移動，形成了電流。電容電路中的電流為的電流為 已知已知 ，所以，所以圖圖3-2 電容上電壓與電流電容上電壓與電流 即某一時刻電容的電流取決于該時刻電容電壓的變化率，而與該時刻即某一時刻電容的電流取決于該時刻電容電壓的變化率，而與該時刻的電容電壓無關。的電容電壓無關。在直流電路中電容相當于斷路（開路）。在直流電路中電容相當于斷路（開路）。任務一任務一 電容與電感電容與電感江西應用技術職業(yè)學院機電系例例 已知已知C=0.5 F電容上的電壓波形如圖電容上的電壓波形如圖(a)所示，所示，試求電壓電流采用關聯(lián)參考方向時的電流試求電壓電流采用關聯(lián)參考方向時的電流iC(t),并畫出波并畫出波形圖。形圖。任務一任務一 電容與電感電容與電感江西應用技術職業(yè)學院機電系 2.當當1s t 3s時，時，uC(t)=4-2t，可以得到，可以得到 1.當當0 t 1s 時，時，uC(t)=2t，可以得到，可以得到解：根據(jù)圖解：根據(jù)圖(a)波形的具體情波形的具體情況，按照時間分段來進行況，按照時間分段來進行 計計算算 任務一任務一 電容與電感電容與電感江西應用技術職業(yè)學院機電系 3.當當3s t 5s時，時，uC(t)=-8+2t，可以得到，可以得到 4.當當5s t時，時，uC(t)=12-2t，可以得到，可以得到 任務一任務一 電容與電感電容與電感江西應用技術職業(yè)學院機電系 4.電容的并聯(lián)和串聯(lián)電容的并聯(lián)和串聯(lián) (1)電容的并聯(lián)電容的并聯(lián) 在相同的工作電壓的條件下在相同的工作電壓的條件下,可以將多個電容并聯(lián)可以將多個電容并聯(lián),以以滿足大的電容量的要求。滿足大的電容量的要求。即多個電容并聯(lián)的等效電容等于各個電容之和。即多個電容并聯(lián)的等效電容等于各個電容之和。任務一任務一 電容與電感電容與電感江西應用技術職業(yè)學院機電系任務一任務一 電容與電感電容與電感 (2)(2)電容的串聯(lián)電容的串聯(lián) 圖圖3-4 電容的串聯(lián)電容的串聯(lián) 即電容串聯(lián)時的等效電容的倒數(shù)等于各電容倒數(shù)之和。即電容串聯(lián)時的等效電容的倒數(shù)等于各電容倒數(shù)之和。即各電容的電壓以其電容量成反比，容量小的電壓高，即各電容的電壓以其電容量成反比，容量小的電壓高，容量大的電壓低。容量大的電壓低。江西應用技術職業(yè)學院機電系 例例 電路如圖所示，電容電路如圖所示，電容C1=100F，C2=C3=50F，耐，耐壓均為壓均為50V，求等效電容和總的端電壓，求等效電容和總的端電壓u不能超過多少？不能超過多少？解：等效電容為解：等效電容為 由于由于C23與與C1相等，故兩電壓相同，都要滿足不大于相等，故兩電壓相同，都要滿足不大于50V的要求，所以的要求，所以 u=250=100V任務一任務一 電容與電感電容與電感江西應用技術職業(yè)學院機電系 二、電感元件二、電感元件 1.1.電感元件和電感電感元件和電感 電感元件的圖形符號見圖電感元件的圖形符號見圖3-3-5 5。在國際單位制中，。在國際單位制中，的單的單位為亨利，用符號位為亨利，用符號H H表示。表示。圖圖3-5 電感元件電感元件 2.電感元件上電壓與電流的關系：電感元件上電壓與電流的關系：電感元件中電流不變化時，電感元件中電流不變化時，電感元件兩端電壓，電感元件兩端電壓 ，如同零電阻一樣，此時電感元件如同一段線路。，如同零電阻一樣，此時電感元件如同一段線路。即對直流而言，電感線圈相當于短路。即對直流而言，電感線圈相當于短路。任務一任務一 電容與電感電容與電感江西應用技術職業(yè)學院機電系任務二任務二 動態(tài)動態(tài)電路的過渡過程與換路定律電路的過渡過程與換路定律 一、過渡過程的概念一、過渡過程的概念動態(tài)電路動態(tài)電路含有動態(tài)元件電感器、電容器的電路。含有動態(tài)元件電感器、電容器的電路。過渡過程過渡過程動態(tài)電路中的電流、電壓會存在一個變化動態(tài)電路中的電流、電壓會存在一個變化過程而漸趨穩(wěn)定值。過程而漸趨穩(wěn)定值。過渡過程舉例用圖過渡過程舉例用圖 研究電路的過渡過程具有重研究電路的過渡過程具有重要意義。要意義。在電子電路中常利用過在電子電路中常利用過渡過程產(chǎn)生所需要的波形。在電渡過程產(chǎn)生所需要的波形。在電力系統(tǒng)中由于過渡過程會產(chǎn)生過力系統(tǒng)中由于過渡過程會產(chǎn)生過電流或過電壓，常要采取一定的電流或過電壓，常要采取一定的保護措施，保證設備的安全運行。保護措施，保證設備的安全運行。江西應用技術職業(yè)學院機電系穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)暫態(tài)暫態(tài)舊穩(wěn)態(tài)舊穩(wěn)態(tài) 新穩(wěn)態(tài)新穩(wěn)態(tài) 過渡過程過渡過程:C電路處于舊穩(wěn)態(tài)電路處于舊穩(wěn)態(tài)KRE+_開關開關K閉閉合合電路處于新穩(wěn)態(tài)電路處于新穩(wěn)態(tài)RE+_u“穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)”與與 “暫態(tài)暫態(tài)”的概念的概念:tE任務二任務二 動態(tài)動態(tài)電路的過渡過程與換路定律電路的過渡過程與換路定律 江西應用技術職業(yè)學院機電系 二、產(chǎn)生過渡過程的條件與換路定律二、產(chǎn)生過渡過程的條件與換路定律 產(chǎn)生過渡過程的產(chǎn)生過渡過程的條件條件：電路中必須含有：電路中必須含有動態(tài)元件動態(tài)元件；電路；電路發(fā)生發(fā)生換路換路。換路換路:電路狀態(tài)的改變。如：電路狀態(tài)的改變。如：1.電路接通、斷開電源電路接通、斷開電源2.電路中電源的升高或降低電路中電源的升高或降低3.電路中元件參數(shù)的改變電路中元件參數(shù)的改變?nèi)蝿斩蝿斩?動態(tài)動態(tài)電路的過渡過程與換路定律電路的過渡過程與換路定律 江西應用技術職業(yè)學院機電系 其中：其中：t=0為換路瞬間的計時起點；為換路瞬間的計時起點；t=0-為換路為換路前的終了時刻；前的終了時刻；t=0+為換路后的初始時刻。為換路后的初始時刻。利用電容電壓的連續(xù)性，可以確定電路中開關利用電容電壓的連續(xù)性，可以確定電路中開關發(fā)生作用后一瞬間的電容電壓值發(fā)生作用后一瞬間的電容電壓值換路定律的內(nèi)容：換路定律的內(nèi)容：在換路瞬間，電容上的電壓、電感中的電流不在換路瞬間，電容上的電壓、電感中的電流不能突變。能突變。任務二任務二 動態(tài)動態(tài)電路的過渡過程與換路定律電路的過渡過程與換路定律 江西應用技術職業(yè)學院機電系 換路瞬間，電容上的電壓、電感中的電流不能突變的原因解釋如下：換路瞬間，電容上的電壓、電感中的電流不能突變的原因解釋如下：自然界物體所具有的能量不能突變，能量的積累或自然界物體所具有的能量不能突變，能量的積累或 釋放需要一定的時釋放需要一定的時間。所以間。所以電感電感 L 儲存的磁場能量儲存的磁場能量不能突變不能突變不能突變不能突變不能突變不能突變不能突變不能突變電容電容C存儲的電場能量存儲的電場能量任務二任務二 動態(tài)動態(tài)電路的過渡過程與換路定律電路的過渡過程與換路定律 江西應用技術職業(yè)學院機電系任務二任務二 動態(tài)動態(tài)電路的過渡過程與換路定律電路的過渡過程與換路定律 三、電路的初始值與穩(wěn)態(tài)值的計算三、電路的初始值與穩(wěn)態(tài)值的計算1.初始值的計算初始值的計算 電路在換路后的最初瞬間各部分電流、電壓的數(shù)值電路在換路后的最初瞬間各部分電流、電壓的數(shù)值 和和 統(tǒng)統(tǒng)稱稱為為“初始值初始值”。(1)確定確定 時電路狀態(tài)。如果電路處于穩(wěn)態(tài)，則電容元件相當于時電路狀態(tài)。如果電路處于穩(wěn)態(tài)，則電容元件相當于開路狀態(tài)，電感元件相當于短路狀態(tài)，從中求出開路狀態(tài)，電感元件相當于短路狀態(tài)，從中求出 、；若電；若電路無儲能，即：路無儲能，即：，則電容元件相當于短路，電感元件相當于開路。，則電容元件相當于短路，電感元件相當于開路。(2)根據(jù)換路定律確定根據(jù)換路定律確定 時，時，、等初始值。等初始值。(3)時，若時，若 、不為零，則電容可用電壓源替換，不為零，則電容可用電壓源替換，電壓源電壓等于電壓源電壓等于 ；電感用電流源替換，其電流值等于；電感用電流源替換，其電流值等于 。若若 、均為零，則電容為短路狀態(tài)，電感為開路狀態(tài)。均為零，則電容為短路狀態(tài)，電感為開路狀態(tài)。(4)畫出畫出 時等效電路，求出電路中其他電壓、電流的初始值。時等效電路，求出電路中其他電壓、電流的初始值。方法和步驟：方法和步驟：江西應用技術職業(yè)學院機電系 例例1 1 如圖所示電路的開關閉合已久，求開關在如圖所示電路的開關閉合已久，求開關在t=t=0 0時刻時刻斷開瞬間電容電壓的初始值斷開瞬間電容電壓的初始值u uC C(0(0+)。解：開關閉合已久，各電壓電流均為不隨時間變化的解：開關閉合已久，各電壓電流均為不隨時間變化的恒定值，造成電容電流等于零，即恒定值，造成電容電流等于零，即 任務二任務二 動態(tài)動態(tài)電路的過渡過程與換路定律電路的過渡過程與換路定律 江西應用技術職業(yè)學院機電系 電容相當于開路。此時電容電壓為電容相當于開路。此時電容電壓為 當開關斷開時，在電阻當開關斷開時，在電阻R2和和R3不為零的情況下，電容不為零的情況下，電容電流為有限值，電容電壓不能躍變，由此得到電流為有限值，電容電壓不能躍變，由此得到 任務二任務二 動態(tài)動態(tài)電路的過渡過程與換路定律電路的過渡過程與換路定律 江西應用技術職業(yè)學院機電系 例例2 2 如圖如圖(a)(a)所示電路的開關閉合已久，求開關在所示電路的開關閉合已久，求開關在t t=0=0斷開時電容電壓和電感電流的初始值斷開時電容電壓和電感電流的初始值u uC C(0(0+)和和i iL L(0(0+)。任務二任務二 動態(tài)動態(tài)電路的過渡過程與換路定律電路的過渡過程與換路定律 江西應用技術職業(yè)學院機電系 解：由于各電壓電流均為不隨時間變化的恒定值，電感相當于短解：由于各電壓電流均為不隨時間變化的恒定值，電感相當于短路；電容相當于開路，如圖路；電容相當于開路，如圖(b)(b)所示。此時所示。此時 當開關斷開時，電感電流不能躍變；電容電壓不能躍變。當開關斷開時，電感電流不能躍變；電容電壓不能躍變。任務二任務二 動態(tài)動態(tài)電路的過渡過程與換路定律電路的過渡過程與換路定律 江西應用技術職業(yè)學院機電系任務二任務二 動態(tài)動態(tài)電路的過渡過程與換路定律電路的過渡過程與換路定律 電路的穩(wěn)態(tài)值是指換路后電路的穩(wěn)態(tài)值是指換路后電路到達新的穩(wěn)定狀態(tài)時的電電路到達新的穩(wěn)定狀態(tài)時的電壓、電流值，用壓、電流值，用 和和 表示。表示。直流激勵下的動態(tài)電路，直流激勵下的動態(tài)電路，到達新的穩(wěn)定狀態(tài)時，電容相到達新的穩(wěn)定狀態(tài)時，電容相當于開路，電感相當于短路，當于開路，電感相當于短路，由此可以做出由此可以做出 時的等時的等效電路，其分析方法與直流電效電路，其分析方法與直流電路完全相同，如圖所示，這里路完全相同，如圖所示，這里不再贅述。不再贅述。二、電路穩(wěn)態(tài)值的計算二、電路穩(wěn)態(tài)值的計算江西應用技術職業(yè)學院機電系 由由R、C或者或者R、L組成的動態(tài)電路中，如果動態(tài)元件在換路前已儲能，組成的動態(tài)電路中，如果動態(tài)元件在換路前已儲能，那么換路后即使沒有激勵那么換路后即使沒有激勵(電源電源)存在，電路中仍將會有電流、電壓。這存在，電路中仍將會有電流、電壓。這是因為儲能元件所儲存的能量在換路后通過電路中的電阻以熱能的形式是因為儲能元件所儲存的能量在換路后通過電路中的電阻以熱能的形式釋放。我們把這種外加激勵為零，僅由動態(tài)元件初始儲能所產(chǎn)生的電流、釋放。我們把這種外加激勵為零，僅由動態(tài)元件初始儲能所產(chǎn)生的電流、電壓變化稱為電壓變化稱為電路的零輸入響應。電路的零輸入響應。變量變量換路后的初始值換路后的初始值穩(wěn)態(tài)值穩(wěn)態(tài)值uCU00 0uRU00 0iU0/R0 0 CU02/20 0 圖圖 RC放電電路放電電路任務三任務三 一階動態(tài)電路的零輸入響應一階動態(tài)電路的零輸入響應 一、一、RC串聯(lián)電路的零輸入響應串聯(lián)電路的零輸入響應 1.過渡過程分析過渡過程分析江西應用技術職業(yè)學院機電系 根據(jù)圖中所設各變量的參考方向，得：根據(jù)圖中所設各變量的參考方向，得：解得：解得：A為積分常數(shù)，由電路的初始條件確定。即：為積分常數(shù)，由電路的初始條件確定。即：代入得：代入得：即：即：此式即為電容對電阻放電過程中電容電壓此式即為電容對電阻放電過程中電容電壓 變化規(guī)律的表達式。變化規(guī)律的表達式。電流為電流為電阻上的電壓為電阻上的電壓為 任務三任務三 一階動態(tài)電路的零輸入響應一階動態(tài)電路的零輸入響應 2.過渡過程變化規(guī)律過渡過程變化規(guī)律江西應用技術職業(yè)學院機電系 上式中令上式中令 ，稱為，稱為RCRC電路的時間常數(shù)，反映了電路過渡過電路的時間常數(shù)，反映了電路過渡過程的快慢。程的快慢。即：即：RCRC電路的零輸入響應為電路的零輸入響應為 3.時間常數(shù)時間常數(shù) 電壓和電流都是按指數(shù)規(guī)律衰減的，電壓和電流都是按指數(shù)規(guī)律衰減的，越小，衰減的速度越快。雖越小，衰減的速度越快。雖然理論上衰減到零的時間無窮長，但實際上經(jīng)過然理論上衰減到零的時間無窮長，但實際上經(jīng)過(35)時間，就可認時間，就可認為過渡過程基本結(jié)束了。為過渡過程基本結(jié)束了。任務三任務三 一階動態(tài)電路的零輸入響應一階動態(tài)電路的零輸入響應 江西應用技術職業(yè)學院機電系 例例4-34-3在如圖所示的電路中，已知在如圖所示的電路中，已知 ，電容原，電容原先有電壓先有電壓100V100V，試求在開關，試求在開關S S閉合后閉合后60ms60ms時電容上的電壓時電容上的電壓 及放電電流及放電電流 。例例4-3電路圖電路圖 解：設開關解：設開關S閉合時刻為計時起點，并設閉合時刻為計時起點，并設 和和 參考方向如圖所示。參考方向如圖所示。任務三任務三 一階動態(tài)電路的零輸入響應一階動態(tài)電路的零輸入響應 江西應用技術職業(yè)學院機電系 二、二、RL串聯(lián)電路的零輸入響應串聯(lián)電路的零輸入響應 1.1.過渡過程分析過渡過程分析 圖圖 RL串聯(lián)電路串聯(lián)電路變量變量換路后的初始值換路后的初始值穩(wěn)態(tài)值穩(wěn)態(tài)值II00 0uRRI00 0uL-RI0 0 0 LI02/20 0任務三任務三 一階動態(tài)電路的零輸入響應一階動態(tài)電路的零輸入響應 江西應用技術職業(yè)學院機電系2 2過渡過程規(guī)律過渡過程規(guī)律圖圖 RL電路零輸入響應的曲線電路零輸入響應的曲線 可見，電感上的電流衰減的快慢取決于可見，電感上的電流衰減的快慢取決于 。令。令 為電路的時間常數(shù)，其意義與為電路的時間常數(shù)，其意義與前述前述RC串聯(lián)電路的時間常數(shù)的意義相同。串聯(lián)電路的時間常數(shù)的意義相同。越大，各電路變量衰減得越慢，過渡過程越越大，各電路變量衰減得越慢，過渡過程越長。長。任務三任務三 一階動態(tài)電路的零輸入響應一階動態(tài)電路的零輸入響應 江西應用技術職業(yè)學院機電系 三、一階電路零輸入響應的一般形式三、一階電路零輸入響應的一般形式 由一階由一階RC、RL電路零輸入響應的分析可以看出：零輸電路零輸入響應的分析可以看出：零輸入響應都是由動態(tài)元件儲存的初始能量對電阻的釋放引起。入響應都是由動態(tài)元件儲存的初始能量對電阻的釋放引起。如果用如果用 表示電路的響應，表示電路的響應，表示初始值，表示初始值，則一階電路零輸入響應的一般表達式為則一階電路零輸入響應的一般表達式為 注意：注意：如果電路中有多個電阻，則此時的如果電路中有多個電阻，則此時的R為換路后接為換路后接于動態(tài)元件于動態(tài)元件L或或C兩端的電阻網(wǎng)絡的等效電阻。兩端的電阻網(wǎng)絡的等效電阻。任務三任務三 一階動態(tài)電路的零輸入響應一階動態(tài)電路的零輸入響應 江西應用技術職業(yè)學院機電系 如果換路前電容和電感元件沒有儲能，則在換路后的瞬間電容兩端的如果換路前電容和電感元件沒有儲能，則在換路后的瞬間電容兩端的電壓為零，電感中的電流為零，我們稱電路這種狀況為電壓為零，電感中的電流為零，我們稱電路這種狀況為零初始狀態(tài)零初始狀態(tài)。一個。一個零初始狀態(tài)的電路在換路后受到激勵作用而產(chǎn)生的電流、電壓變化稱為電零初始狀態(tài)的電路在換路后受到激勵作用而產(chǎn)生的電流、電壓變化稱為電路的路的零狀態(tài)響應零狀態(tài)響應。一、一、RC串聯(lián)電路的零狀態(tài)響應串聯(lián)電路的零狀態(tài)響應 如圖所示的是一個最簡單的如圖所示的是一個最簡單的RC充電電路，電容上電壓為零充電電路，電容上電壓為零(電容無貯電容無貯能能)，在，在 時將開關時將開關S S合上。合上。1.1.過渡過程分析過渡過程分析變量變量換路后的初始值換路后的初始值穩(wěn)態(tài)值穩(wěn)態(tài)值uC0USuRUS0iUS/R00CUS2/2任務四任務四 一階動態(tài)電路的零狀態(tài)響應一階動態(tài)電路的零狀態(tài)響應 江西應用技術職業(yè)學院機電系 2 2過渡過程變化規(guī)律過渡過程變化規(guī)律 上式右邊第一項上式右邊第一項 是電容充電完畢以后電容電壓的穩(wěn)態(tài)值，我們是電容充電完畢以后電容電壓的穩(wěn)態(tài)值，我們稱其為稱其為“穩(wěn)態(tài)分量穩(wěn)態(tài)分量”；第二項；第二項 將隨著時間按指數(shù)規(guī)律衰減，將隨著時間按指數(shù)規(guī)律衰減，最后為零，我們稱其為最后為零，我們稱其為“暫態(tài)分量暫態(tài)分量”。因此，在整個過渡過程中，。因此，在整個過渡過程中，可可以認為是由穩(wěn)態(tài)分量和暫態(tài)分量的疊加而成。以認為是由穩(wěn)態(tài)分量和暫態(tài)分量的疊加而成。任務四任務四 一階動態(tài)電路的零狀態(tài)響應一階動態(tài)電路的零狀態(tài)響應 江西應用技術職業(yè)學院機電系 例例4-5 4-5 如圖如圖4-164-16所示電路，已知所示電路，已知 ，S S接通前電容接通前電容 。求。求(1)S(1)S閉合后電流的初始值閉合后電流的初始值 和時間常和時間常數(shù)。數(shù)。(2)(2)當當S S接通后接通后 時電路中的電流和電容器上的電壓時電路中的電流和電容器上的電壓 。圖圖4-16 例例4-5電路圖電路圖任務四任務四 一階動態(tài)電路的零狀態(tài)響應一階動態(tài)電路的零狀態(tài)響應 江西應用技術職業(yè)學院機電系 二、二、RL串聯(lián)電路的零狀態(tài)響應串聯(lián)電路的零狀態(tài)響應 在圖在圖4-174-17所示的電路中，電感無儲能，電感電流為所示的電路中，電感無儲能，電感電流為零，在零，在 時開關時開關S S閉合。閉合。圖圖4-17 RL電路零狀態(tài)響應電路零狀態(tài)響應1.過渡過程分析過渡過程分析 變量變量換路后的初始值換路后的初始值穩(wěn)態(tài)值穩(wěn)態(tài)值i0US/RuR0USuLUS0 0 L(US/R)2/2任務四任務四 一階動態(tài)電路的零狀態(tài)響應一階動態(tài)電路的零狀態(tài)響應 江西應用技術職業(yè)學院機電系 2 2過渡過程變化規(guī)律過渡過程變化規(guī)律 上式右邊第一項上式右邊第一項 是電路是電路 進入新的穩(wěn)定狀態(tài)時的進入新的穩(wěn)定狀態(tài)時的“穩(wěn)態(tài)分量穩(wěn)態(tài)分量”；第二項；第二項 將隨著時間按指數(shù)函數(shù)的規(guī)律衰減的將隨著時間按指數(shù)函數(shù)的規(guī)律衰減的“暫態(tài)分暫態(tài)分量量”。任務四任務四 一階動態(tài)電路的零狀態(tài)響應一階動態(tài)電路的零狀態(tài)響應 江西應用技術職業(yè)學院機電系 三、一階電路的零狀態(tài)響應的一般形式三、一階電路的零狀態(tài)響應的一般形式 由一階由一階RC、RL電路的零狀態(tài)響應式可以看出：電電路的零狀態(tài)響應式可以看出：電容電壓容電壓 、電感電流、電感電流 都是由零狀態(tài)逐漸上升到新的穩(wěn)都是由零狀態(tài)逐漸上升到新的穩(wěn)態(tài)值；而電容電流、電感電壓都是按指數(shù)規(guī)律衰減的。如果態(tài)值；而電容電流、電感電壓都是按指數(shù)規(guī)律衰減的。如果用用 表示電路的新穩(wěn)態(tài)值，表示電路的新穩(wěn)態(tài)值，仍為時間常數(shù)仍為時間常數(shù)(RC電路電路 ；RL電路電路 )，則一階電路的零狀態(tài)響應的，則一階電路的零狀態(tài)響應的 或或 可以表示為一般形式，即可以表示為一般形式，即 特別指出，特別指出，此式子只能用于求解零狀態(tài)下此式子只能用于求解零狀態(tài)下RC電路中的電路中的 和和RL電電路中的路中的 ，而電容電流、電感電壓及電阻電壓、電流則由，而電容電流、電感電壓及電阻電壓、電流則由 或或 ，并，并根據(jù)電路的根據(jù)電路的KVL、KCL求出。求時間常數(shù)求出。求時間常數(shù) 時，可將儲能元件以外的時，可將儲能元件以外的電路應用戴維南定理進行等效變換，等效電阻即是電路應用戴維南定理進行等效變換，等效電阻即是 中的電阻。中的電阻。任務四任務四 一階動態(tài)電路的零狀態(tài)響應一階動態(tài)電路的零狀態(tài)響應 江西應用技術職業(yè)學院機電系 例例4-64-6】電路如上圖電路如上圖4-184-18所示：所示：，當開關當開關S S閉合后，求閉合后，求(1)(1)電路穩(wěn)態(tài)電流電路穩(wěn)態(tài)電流 及電流等于及電流等于 時時所需的時間；所需的時間；(2)(2)求當求當 時，線圈兩時，線圈兩端的電壓。端的電壓。圖圖4-18 例例4-6電路圖電路圖任務四任務四 一階動態(tài)電路的零狀態(tài)響應一階動態(tài)電路的零狀態(tài)響應 江西應用技術職業(yè)學院機電系任務五任務五 一階動態(tài)電路的全響應與三要素法一階動態(tài)電路的全響應與三要素法 一、一階電路的全響應一、一階電路的全響應 全響應全響應電路中儲能元件處于非零狀態(tài)下受到外施激勵時，電路中電路中儲能元件處于非零狀態(tài)下受到外施激勵時，電路中產(chǎn)生的電壓、電流。產(chǎn)生的電壓、電流。1.RC電路的全響應電路的全響應零輸入響應零輸入響應+零狀態(tài)響應零狀態(tài)響應這是疊加定理在線性動態(tài)電路中的體現(xiàn)。這是疊加定理在線性動態(tài)電路中的體現(xiàn)。暫態(tài)響應暫態(tài)響應+穩(wěn)態(tài)響應穩(wěn)態(tài)響應江西應用技術職業(yè)學院機電系這兩種分解后的波形如下圖所示。這兩種分解后的波形如下圖所示。零輸入響應零輸入響應+零狀態(tài)響應零狀態(tài)響應暫態(tài)響應暫態(tài)響應+穩(wěn)態(tài)響應穩(wěn)態(tài)響應零狀態(tài)響應零狀態(tài)響應零輸入響應零輸入響應穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)暫態(tài)暫態(tài)全響應全響應任務五任務五 一階動態(tài)電路的全響應與三要素法一階動態(tài)電路的全響應與三要素法 江西應用技術職業(yè)學院機電系 例例5-15-1如圖所示，按電路所標電流電壓方向，求開關如圖所示，按電路所標電流電壓方向，求開關S S從從閉合的穩(wěn)定狀態(tài)斷開后電路中的電流電壓的表達式。閉合的穩(wěn)定狀態(tài)斷開后電路中的電流電壓的表達式。例例5-1電路圖電路圖任務五任務五 一階動態(tài)電路的全響應與三要素法一階動態(tài)電路的全響應與三要素法 江西應用技術職業(yè)學院機電系 在在S S斷開后為零。下圖表示斷開后為零。下圖表示S S斷開后斷開后 隨隨時間變化的規(guī)律曲線。時間變化的規(guī)律曲線。例例5-1中中 隨時間變化的曲線隨時間變化的曲線任務五任務五 一階動態(tài)電路的全響應與三要素法一階動態(tài)電路的全響應與三要素法 江西應用技術職業(yè)學院機電系二、一階動態(tài)電路的三要素法二、一階動態(tài)電路的三要素法1.1.三要素與三要素法三要素與三要素法 式中式中:f(0f(0+)是瞬是瞬態(tài)過態(tài)過程中程中變變量的量的初始初始值值 f()f()是是變變量量穩(wěn)態(tài)值穩(wěn)態(tài)值 是瞬是瞬態(tài)過態(tài)過程的程的時間時間常數(shù)常數(shù)。這這三個量稱三個量稱為為三要素三要素 根據(jù)上式直接寫出一階電路瞬態(tài)過程中任何變量的變化規(guī)律，這種方根據(jù)上式直接寫出一階電路瞬態(tài)過程中任何變量的變化規(guī)律，這種方法稱為法稱為三要素法三要素法。任務五任務五 一階動態(tài)電路的全響應與三要素法一階動態(tài)電路的全響應與三要素法 三要素法是對一階動態(tài)電路求解方法及其響應形式進行總結(jié)歸納后三要素法是對一階動態(tài)電路求解方法及其響應形式進行總結(jié)歸納后得出的一個有用的方法。該方法能夠比較方便地求解一階動態(tài)電路的各得出的一個有用的方法。該方法能夠比較方便地求解一階動態(tài)電路的各種響應。種響應。江西應用技術職業(yè)學院機電系 、和和 是三要素法的關鍵，其求解方法如下：是三要素法的關鍵，其求解方法如下：(1)(1)初始值初始值 ，利用換路定理和，利用換路定理和 的等效電路求的等效電路求得。得。(2)(2)新穩(wěn)態(tài)值新穩(wěn)態(tài)值 ，由換路后，由換路后 的等效電路求出。的等效電路求出。（注意（注意:在直流激勵的情況下在直流激勵的情況下,令令C C 開路開路,L L 短路）短路）；(3)(3)時間常數(shù)時間常數(shù) ，只與電路的結(jié)構(gòu)和參數(shù)有關，只與電路的結(jié)構(gòu)和參數(shù)有關，RCRC電路電路 ，RLRL電路電路 ，其中電阻，其中電阻R R是指換路后，在動態(tài)元件外的戴維是指換路后，在動態(tài)元件外的戴維南等效電路的內(nèi)阻。南等效電路的內(nèi)阻。由于三要素的值都是由其所對應的等效電路決定，利用電路的分析由于三要素的值都是由其所對應的等效電路決定，利用電路的分析方法便可求得，避免了微分方程的求解，因此三要素法在工程上很實用。方法便可求得，避免了微分方程的求解，因此三要素法在工程上很實用。任務五任務五 一階動態(tài)電路的全響應與三要素法一階動態(tài)電路的全響應與三要素法 2.2.“三要素三要素”的計算的計算江西應用技術職業(yè)學院機電系 求：求：例例5-25-2已知開關已知開關 K K 原處于閉合狀態(tài)，原處于閉合狀態(tài)，t=0t=0時打開。時打開。E+_10VKC1 R1R2 3k 2kt=0任務五任務五 一階動態(tài)電路的全響應與三要素法一階動態(tài)電路的全響應與三要素法 江西應用技術職業(yè)學院機電系解：三要素法解：三要素法起始值起始值:穩(wěn)態(tài)值穩(wěn)態(tài)值:時間常數(shù)時間常數(shù):任務五任務五 一階動態(tài)電路的全響應與三要素法一階動態(tài)電路的全響應與三要素法 E+_10VKC1 R1R2 3k 2kt=0江西應用技術職業(yè)學院機電系任務五任務五 一階動態(tài)電路的全響應與三要素法一階動態(tài)電路的全響應與三要素法 例例5-35-3電路如圖所示，已知電路如圖所示，已知 開關開關S S合前電路處于穩(wěn)定狀態(tài)，在合前電路處于穩(wěn)定狀態(tài)，在 t t=0=0時時s s閉合。試求閉合。試求t t00時的時的 。例例5-3電路圖電路圖江西應用技術職業(yè)學院機電系任務五任務五 一階動態(tài)電路的全響應與三要素法一階動態(tài)電路的全響應與三要素法 例例5-3電路圖電路圖江西應用技術職業(yè)學院機電系