计算机电路基础教学课件项目5 智能小车电机驱动电路的制作、调试与检测

计算机电路基础机械工业出版社.9常州信息职业技术学院翟文正20191项目5 智能小车电机驱动电路的制作、调试与检测2项目5 智能小车电机驱动电路的制作、调试与检测学习目标：熟练掌握集成运放组成运算电路的分析与计算方法；了解电压电流转换电路的工作原理；掌握电压比较器的工作原理及分析方法；了解正弦波产生电路的组成及工作原理。5.2 换路定则与初始值的确定换路定则与初始值的确定5.3 RC电路的响应电路的响应5.4 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5.6 RL电路的响应电路的响应5.5 微分微分/积分电路积分电路5.1 R、L、C元件元件学习内容：学习内容：5.1.1 脉冲与脉冲参数脉冲，就是短时间内出现的电压或电流。矩形脉冲，就是只有两种电压或电流取值的脉冲。矩形脉冲理想波形矩形脉冲实际波形其特征参数有：脉冲幅度 :脉冲电压的最大幅值；脉冲宽度 :从脉冲前沿上升到0.5 到脉冲后沿下降到0.5 持续作用的时间；上升时间 :脉冲前沿从0.1 上升到0.9 所需时间；下降时间 :脉冲后沿从0.9 下降到0.1 所需时间；脉冲周期 :周期性的脉冲信号前后两次出现的时间间隔 占空比 :脉冲宽度和脉冲周期的比值，即 。5.1 脉冲波形及其参数脉冲波形及其参数1 动态电路：含储能元件的电路2 换路：换路：电路的接通、断开、电源或元件参数的突变 设换路的时刻为 t=0，换路前的瞬间记为t=0，换路后的瞬间记为t=0+。3 过渡过程：换路使过渡过程：换路使储能元件发生存储能量的变化过程。能量的变化需要经过一段时间，因此电路由一个状态过渡到另一个状态要有一个过程，这个过程称为过渡过程。4电路的稳态、暂态电路的稳态、暂态5 激励(电源、信号源)、响应（激励引起的变化）6 储能元件电压与电流是微分关系，分析动态电路要列解微分方程。含有一个储能元件的电路列出的是一阶线性微分方程，因此含有一个储能元件的电路称为一阶电路。7 零输入响应：无电源激励,输入信号为零,仅由储能元件的初始储能所产生的电路的响应。8 零状态响应：储能元件的初始能量为零，仅由电源激励所产生的电路的响应。9 时间常数：实质：实质：RCRC电路的放电过程电路的放电过程实质：实质：RCRC电路的充电过程电路的充电过程重重要要概概念念10 全响应：电源激励、储能元件的初始能量均不为零时，电路中的响应。根据叠加定理根据叠加定理根据叠加定理根据叠加定理 全响应全响应全响应全响应 =零输入响应零输入响应零输入响应零输入响应 +零状态响应零状态响应零状态响应零状态响应稳态分量稳态分量暂态分量暂态分量结论结论结论结论2 2 2 2：全响应全响应全响应全响应 =稳态分量稳态分量稳态分量稳态分量 +暂态分量暂态分量暂态分量暂态分量全响应全响应稳态值稳态值初始值初始值5.2 5.2 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（1 1）电路中产生暂态过程的原因电路中产生暂态过程的原因电路中产生暂态过程的原因电路中产生暂态过程的原因电流电流 i 随电压随电压 u 比例变化。比例变化。合合S后：后：所以电阻电路不存在所以电阻电路不存在暂态暂态暂态暂态过程过程(R耗能元件耗能元件)。图图(a)：合合S前：前：例：例：例：例：t tIO(a)S+-U UR3R2u u2+-图图图图(b)(b)合合合合S S后：后：后：后：由零逐渐增加到由零逐渐增加到由零逐渐增加到由零逐渐增加到U U所以电容电路存在暂态过程所以电容电路存在暂态过程所以电容电路存在暂态过程所以电容电路存在暂态过程u uCC+-Ci iCC(b)U U+-SR合合合合S S前前前前:U暂态暂态稳态稳态ot（1 1）电路中产生暂态过程的原因电路中产生暂态过程的原因电路中产生暂态过程的原因电路中产生暂态过程的原因 产生暂态过程的必要条件：产生暂态过程的必要条件：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：储能：换路换路:电路状态的改变。如：电路状态的改变。如：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、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不能突变Cu C 储能：储能：产生暂态过程的原因：产生暂态过程的原因：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若若发生突变，发生突变，不可能！不可能！一般电路一般电路则则(1)(1)电路中含有储能元件电路中含有储能元件电路中含有储能元件电路中含有储能元件 (内因内因内因内因)(2)(2)电路发生换路电路发生换路电路发生换路电路发生换路 (外因外因外因外因)电容电路电容电路电容电路电容电路：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。初始值。设：设：t=0 表示换路瞬间表示换路瞬间(定为计时起点定为计时起点)t=0-表示换路前的终了瞬间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）表示换路后的初始瞬间（初始值）2.2.换路定则换路定则换路定则换路定则电感电路：电感电路：电感电路：电感电路：3.3.初始值的确定初始值的确定初始值的确定初始值的确定求解要点：求解要点：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。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：电路中各初始值：电路中各初始值：电路中各 u u、i i 在在在在 t t=0=0+时的数值。时的数值。时的数值。时的数值。(1 1)u uCC(0(0+)、i iL L(0(0+)的求法。的求法。的求法。的求法。1)1)先由先由先由先由t t=0=0-的电路求出的电路求出的电路求出的电路求出 u uC C(0 0 )、i iL L(0 0 )；2)2)根据换路定律求出根据换路定律求出根据换路定律求出根据换路定律求出 u uCC(0(0+)、i iL L(0(0+)。1)1)由由由由t t=0=0+的电路求其它电量的初始值的电路求其它电量的初始值的电路求其它电量的初始值的电路求其它电量的初始值；2)2)在在在在 t t=0=0+时时时时的电压方程中的电压方程中的电压方程中的电压方程中 u uCC=u uCC(0(0+)、t t=0=0+时的电流方程中时的电流方程中时的电流方程中时的电流方程中 i iL L=i iL L(0(0+)。暂态过程初始值的确定暂态过程初始值的确定暂态过程初始值的确定暂态过程初始值的确定例例例例1 1解：解：解：解：(1)(1)由换路前电路求由换路前电路求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：根据换路定则得：根据换路定则得：已知：换路前电路处稳态，已知：换路前电路处稳态，已知：换路前电路处稳态，已知：换路前电路处稳态，C C、L L 均未储均未储均未储均未储能。能。能。能。试求：电路中各电压和电流的初始值。试求：电路中各电压和电流的初始值。试求：电路中各电压和电流的初始值。试求：电路中各电压和电流的初始值。S S(a)(a)C CU R R2 2R R1 1t t=0=0+-L L暂态过程初始值的确定暂态过程初始值的确定暂态过程初始值的确定暂态过程初始值的确定例例例例1:1:,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。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 产生突变产生突变(2)由由t=0+电路，求其余各电流、电压的初始值电路，求其余各电流、电压的初始值S SC CU R R2 2R R1 1t=0t=0+-L L(a)(a)电路电路电路电路iL(0+)U iC(0+)uC(0+)uL(0+)_u2(0+)u1(0+)i1(0+)R R2 2R1+_+-(b)(b)t=0+等效电路等效电路例例例例2 2：换路前电路处于稳态。换路前电路处于稳态。换路前电路处于稳态。换路前电路处于稳态。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。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：解：(1)由由t=0-电路求电路求 uC(0)、iL(0)换路前电路已处于稳态：电容元件视为开路；换路前电路已处于稳态：电容元件视为开路；电感元件视为短路。电感元件视为短路。由由t=0-电路可求得：电路可求得：4 4 2 2 +_R RR R2 2R R1 1U U8V8V+4 4 i i1 14 4 i iCC_u uCC_u uL Li iL LR R3 3L LC Ct=0-等效电路等效电路2 2 +_R RR R2 2R R1 1U U8V8Vt t=0=0+4 4 i i1 14 4 i iCC_u uCC_u uL Li iL LR R3 34 4 例例例例2 2：换路前电路处于稳态。换路前电路处于稳态。换路前电路处于稳态。换路前电路处于稳态。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。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：解：由换路定则：由换路定则：2 2 +_R RR R2 2R R1 1U U8V8Vt t=0=0+4 4 i i1 14 4 i ic c_u uc c_u uL Li iL LR R3 34 4 C CL L例例例例2 2：换路前电路处稳态。换路前电路处稳态。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。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：解：(2)由由t=0+电路求电路求 iC(0+)、uL(0+)u uc c(0(0+)由图可列出由图可列出带入数据带入数据i iL L(0(0+)C C2 2 +_R RR R2 2R R1 1U U8V8Vt t=0=0+4 4 i i1 14 4 i iCC_u uCC_u uL Li iL LR R3 34 4 L Lt=0+时等效电路时等效电路4V1A4 4 2 2 +_R RR R2 2R R1 1U U8V8V+4 4 i iCC_i iL LR R3 3i i例例例例2 2：换路前电路处稳态。换路前电路处稳态。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。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。t=0+时等效电路时等效电路4V1A4 4 2 2 +_R RR R2 2R R1 1U U8V8V+4 4 i ic c_i iL LR R3 3i i解：解之得解：解之得 并可求出并可求出2 2 +_R RR R2 2R R1 1U U8V8Vt t=0=0+4 4 i i1 14 4 i iCC_u uCC_u uL Li iL LR R3 34 4 计算结果：计算结果：计算结果：计算结果：电量电量换路瞬间，换路瞬间，换路瞬间，换路瞬间，不能跃变，但不能跃变，但不能跃变，但不能跃变，但可以跃变。可以跃变。可以跃变。可以跃变。2 2 +_R RR R2 2R R1 1U U8V8Vt t=0=0+4 4 i i1 14 4 i iCC_u uCC_u uL Li iL LR R3 34 4 结论结论结论结论1.1.换路瞬间，换路瞬间，换路