《第3章 电路的暂态分析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第3章 电路的暂态分析（57页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第第3 3章章 电路的暂态分析电路的暂态分析（上）（上）第第3 3章章 电路的暂态分析电路的暂态分析3.2 3.2 换路定则与电压和电流初始值的确定换路定则与电压和电流初始值的确定3.3 3.3 RCRC电路的响应电路的响应3.4 3.4 一阶线性电路暂态分析的三要素法一阶线性电路暂态分析的三要素法3.6 3.6 RLRL电路的响应电路的响应3.1 3.1 电路元件电路元件要求：要求：稳定状态：在指定条件下电路中电压、电流已达到稳定值。暂态过程：暂态过程：电路从一种稳态变化到另一种稳态的中间过程。电路从一种稳态变化到另一种稳态的中间过程。1 1理解电路的暂态和稳态零输入响应、零状态理解电路的暂
2、态和稳态零输入响应、零状态、全响应的概念，以及时间常数的物理意义。、全响应的概念，以及时间常数的物理意义。2 2掌握换路定则及初始值的求法掌握换路定则及初始值的求法3 3掌握一阶线性电路分析的三要素法。掌握一阶线性电路分析的三要素法。第第3 3章章 电路的暂态分析电路的暂态分析电路暂态分析的内容电路暂态分析的内容1. 1. 利用电路暂态过程产生特定波形的电信号利用电路暂态过程产生特定波形的电信号如锯齿波、三角波、尖脉冲等，应用于电子电路。如锯齿波、三角波、尖脉冲等，应用于电子电路。研究暂态过程的实际意义研究暂态过程的实际意义2. 2. 控制、预防可能产生的危害控制、预防可能产生的危害暂态过程开
3、始的瞬间可能产生过电压、过电流使电暂态过程开始的瞬间可能产生过电压、过电流使电 气设备或元件损坏。气设备或元件损坏。(1) (1) 暂态过程中电压、电流随时间变化的规律。暂态过程中电压、电流随时间变化的规律。直流电路、交流电路都存在过渡过程直流电路、交流电路都存在过渡过程, , 我们讲课的我们讲课的重点是直流电路的过渡过程。重点是直流电路的过渡过程。(2) (2) 影响暂态过程快慢的电路的暂态过程影响暂态过程快慢的电路的暂态过程Ru+iu+L+-i1)1)2)2)1)1)2)2)0,吸收能量0,放出能量储储 能能 元元 件件电阻：电阻：电感：电感：耗耗 能能 元元 件件3.1 3.1 电路元件
4、电路元件Cu+i1)1)2)2)0,吸收能量0,放出能量储储 能能 元元 件件注意注意：参考方向的设定。如果u,i参考方向不一致，则各个u,i关系式前要带负号。若u为常数，i=0 ,开路 。隔直通交。电容：电容：合S后： 电流 随电压 比例变化。电阻电路不存在过渡过程 (R耗能元件)。图(a)：合S前：无暂态过程无暂态过程t tI引例：引例：(a)S+-U UR3R2u u2+-R13.2 3.2 换路定则与电压和电流初始值的确定换路定则与电压和电流初始值的确定一电路中产生暂态过程的原因一电路中产生暂态过程的原因3.2 3.2 换路定则与初始值的确定换路定则与初始值的确定图图(b)(b) 合合
5、S S后：后： 由零逐渐增加到由零逐渐增加到U U 电容电路存在暂态过程电容电路存在暂态过程一电路中产生暂态过程的原因一电路中产生暂态过程的原因+ +- -Ci iC C(b)u uC CU U+ -SR合合S S前前: : , , U暂态t稳态产生暂态过程的必要条件：产生暂态过程的必要条件： L储能：换路: 电路状态的改变。如：电路状态的改变。如：电路接通、切断、电路接通、切断、 短路、电压改变或参数改变短路、电压改变或参数改变不能突变Cu C 储能：产生暂态过程的原因：产生暂态过程的原因：由于物体所具有的能量不能跃变而造成在换路瞬间储能元件的能量也不能跃变在换路瞬间储能元件的能量也不能跃变
6、若发生突变，不可能！一般电路则1. 1. 电路中含有储能元件电路中含有储能元件 ( (内因内因) ) 2. 2. 电路发生换路电路发生换路 ( (外因外因) )电容电路电容电路：注：换路定则仅用于换路瞬间来确定暂态过程中uc、 iL初始值。 设：t=0 表示换路瞬间 (定为计时起点)t=0- 表示换路前的终了瞬间t=0+表示换路后的初始瞬间（初始值）二换路定则二换路定则电感电路：电感电路：三、暂态电路初始值的确定三、暂态电路初始值的确定求解要点：求解要点：2. 2. 其它电量初始值的求法。其它电量初始值的求法。初始值：电路中各初始值：电路中各 u u、i i 在在 t t =0=0+ +时的数
7、值。时的数值。1. 1. u uc c( 0( 0+ +) )、i iL L ( 0( 0+ +) ) 的求法。的求法。1)1) 先由先由t t =0=0- -的电路的电路求出求出 u uc c ( (0 0 ) )、i iL L ( (0 0 ) )；3) 3) 根据换路定律求出根据换路定律求出 u uc c( 0( 0+ +) )、i iL L ( 0( 0+ +) ) 。1) 1) 由由t t =0=0+ +的电路的电路求其它电量的初始值求其它电量的初始值；2) 2) t t =0=0+ +时：电容时：电容u uc c= = u uc c( 0( 0+ +) )、电感、电感i iL L=
8、 = i iL L ( 0( 0+ +) )。 2) 2) t t =0=0- -时时( (稳态稳态) )：电容：电容 断路、电感断路、电感短路。短路。 暂态过程初始值的确定暂态过程初始值的确定例例1 1解解(1)(1)由换路前电路求由换路前电路求由已知条件知由已知条件知根据换路定则得：根据换路定则得：S S(a)(a)C CU R R2 2R R1 1t t=0=0+-已知：换路前电路处稳态已知：换路前电路处稳态 ，C C、L L 均未储能。均未储能。试求：电路中各电压和电试求：电路中各电压和电 流的初始值。流的初始值。L L暂态过程初始值的确定暂态过程初始值的确定例例1 1U iC (0+
9、 )uC (0+)iL(0+ )uL(0+)_u2(0+)u1(0+)i1(0+ )R R2 2R1+_+-(b) (b) t = 0+等效电路, 换路瞬间，电容元件可视为短路。换路瞬间，电容元件可视为短路。, 换路瞬间，电感元件可视为开路。换路瞬间，电感元件可视为开路。 iC 、uL 产生突变S SC CU R R2 2R R1 1t=0t=0+-L L(a) (a) 电路电路 (2) 由t=0+电路，求其余各电流、电压的初始值例例2 2：2 2+_R RR R2 2R R1 1U U8V8Vt t =0=0+ 4 4i i1 14 4i ic c_u uc c_u uL Li iL LR
10、R3 34 4换路前电路处稳态。换路前电路处稳态。 试求图示电路中各个电压和电流的初始值。试求图示电路中各个电压和电流的初始值。解： 1）由t = 0-电路求 uC(0)、iL (0) 换路前电路处以稳态：电容元件视为开路；电感元件视为短路。由t = 0-电路可求得：4 42 2+_R RR R2 2R R1 1U U8V8V+ 4 4i i1 14 4i ic c_u uc c_u uL Li iL LR R3 3L LC Ct = 0 -等效电路例例2 2： 换路前电路处稳态。换路前电路处稳态。 试求图示电路中各个电压和电流的初始值。试求图示电路中各个电压和电流的初始值。解：4 42 2+
11、_R RR R2 2R R1 1U U8V8V+ 4 4i i1 14 4i ic c_u uc c_u uL Li iL LR R3 3L LC Ct = 0 -等效电路由换路定则：2 2+_R RR R2 2R R1 1U U8V8Vt t =0=0+ 4 4i i1 14 4i ic c_u uc c_u uL Li iL LR R3 34 4C CL L例例2 2：2 2+_R RR R2 2R R1 1U U8V8Vt t =0=0+ 4 4i i1 14 4i ic c_u uc c_u uL Li iL LR R3 34 4换路前电路处稳态。换路前电路处稳态。 试求图示电路中各个
12、电压和电流的初始值。试求图示电路中各个电压和电流的初始值。L LC C解：2) 由t = 0+电路求 iL (0+)、uC (0+)t = 0+时等效电路4V1A4 42 2+_R RR R2 2R R1 1U U8V8V+4 4i ic c_i iL LR R3 3i iu uc c (0(0+ +) )由图可列出带入数据i iL L (0(0+ +) )例例2 2：2 2+_R RR R2 2R R1 1U U8V8Vt t =0=0+ 4 4i i1 14 4i ic c_u uc c_u uL Li iL LR R3 34 4换路前电路处稳态。换路前电路处稳态。 试求图示电路中各个电压
13、和电流的初始值。试求图示电路中各个电压和电流的初始值。t = 0+时等效电路4V1A4 42 2+_R RR R2 2R R1 1U U8V8V+4 4i ic c_i iL LR R3 3i i解：解之得 并可求出计算结果：计算结果： 2 2+_R RR R2 2R R1 1U U8V8Vt t =0=0+ 4 4i i1 14 4i ic c_u uc c_u uL Li iL LR R3 34 4电量换路瞬间，换路瞬间，不能跃变，但不能跃变，但可以跃变。可以跃变。结论结论1. 1. 换路瞬间，换路瞬间，u uc c、i iL L不能跃变不能跃变, , 但其它电量均可以跃但其它电量均可以跃
14、 变。变。3. 3. 0 0+ +等效电路中等效电路中( (暂态初始暂态初始), ),4. 4. 电容元件用理想电压源替代电容元件用理想电压源替代, , 其电压为其电压为u uc c(0+); (0+); 5. 5. 电感元件用理想电流源替代电感元件用理想电流源替代，其电流为，其电流为i iL L(0+)(0+)。2. 2. t t =0=0- -时时( (稳态稳态) )：电容：电容 断路、电感断路、电感短路。短路。 ：代表一阶电路中任一电压、电流函数：代表一阶电路中任一电压、电流函数式中式中初始值初始值- （三要素）（三要素）稳态值- 时间常数时间常数-在直流电源激励的情况下，一阶线性电路微
15、分方在直流电源激励的情况下，一阶线性电路微分方 程解的通用表达式：程解的通用表达式：利用求三要素的方法求解暂态过程，称为三要素法。 一阶电路都可以应用三要素法求解，一阶电路都可以应用三要素法求解，在求得在求得 、和和 的基础上的基础上, ,可直接写出电路的响应可直接写出电路的响应( (电压或电流电压或电流) ) 。3.4 3.4 一阶线性电路暂态分析的三要素法一阶线性电路暂态分析的三要素法(1) 由t=0- 电路求(2) 根据换路定则求出(3) 由t=0+时的电路，求所需其它各量的或在换路瞬间在换路瞬间 t t =(0=(0+ +) ) 的等效电路中的等效电路中( (暂态初始暂态初始), ),1) 初始值 的计算 响应中响应中“ “三要素三要素” ”的确定的确定电容元件用理想电压源替代电容元件用理想电压源替代，其电压为，其电压为u uc c(0+); (0+); 电感元件用理想电流源替代电感元件用理想电流源替代，其电流为，其电流为i iL L(0+)(0+)。求换路后电路中的电压和电流求换路后电路
