电工学 教学课件 作者 行小帅 主编 第2章.电路的暂态分析 .ppt

《电工学 教学课件 作者 行小帅 主编 第2章.电路的暂态分析 .ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第2章电路的暂态分析2.1基本概念2.2电容与电感2.3RC电路暂态分析2.4RL电路暂态分析2.5一阶电路的三要素分析法2.6Multitisim7在电路暂态过程中应用第二章学习要求了解动态电路的基本概念。主要有动态电路、暂态分析、激励和响应，特别是零输入响应、零状态响应和全响应。理解电容和电感存储电场能和磁场能原理以及数学方程。熟悉一阶RC电路和一阶RL电路的暂态分析，熟悉使用EDA技术在电路暂态分析中应用。掌握一阶电路的三要素分析法。2.1.1动态电路和暂态分析基本概念直流电路：电路是由电阻元件和电源通过导线连接组成，描述电路特性的数学方程是代数方程。动态电

2、路：含有储能元件的电路称为动态电路。描述动态电路特性的数学方程是微分方程。稳态：动态电路中的电压和电流在给定条件下达到某一稳定值的状态。换路：当电路在接通、断开、改接以及电源发生突变时，引起电路工作状态变化的因素称为换路。暂态分析：电路从一种稳态转到另一种新的稳态往往不能跃变，而是需要一定的过渡过程，这个物理过程称为暂态过程，对应分析称为暂态分析。2.1.2激励和响应激励：电源(包括信号源)提供给电路的输入信号，激励分为电压激励和电流激励两种，激励有时又称输入。响应：电路在激励或者在内部储能作用下，电路中某处电压或电流为，响应有时又称输出。零输入响应:在无激励的情

3、况下，电路仅由内部储能元件(电感和电容)中所储存的能量而引起的响应。零状态响应:在换路时储能元件未储存能量的情况下，由激励而引起的响应。全响应:在储能元件储有能量的情况下，再加上激励作用所引起的响应。2.2电容与电感2.2.1电容电容：就其构成的基本原理来说，都是由被介质隔离的两个金属极板组成，如左图所示，其电路符号及关联参考方向如右图所示。电容具有存储电荷能力，它所存储的电荷与两极板上电压有关，在关联参考方向下与的可用如下数学方程描述：电容存储电荷的能力，在数值上等于单位电压加于电容两端时存储的电荷量。在国际单位制中，的单位为法拉，简称法，用字母F表示，实际应用

4、中，因法拉单位过大，通常用微法（μF，1μF=F），或皮法（pF，1pF=F）。在关联参考方向下，求导数可以得到电容电压与电流的约束关系如果流过电容的电流为有限值（任何导线、元器件上电流不可能是无穷大），则电容两端的电压不能突变，即在关联参考方向下，输入电容的瞬时功率，是电容电压和电容电流瞬时值乘积，即电容存储的电场能是对瞬时功率的积分，单位为焦耳（J），即2.2.2电感电感:是实际电感器的理想化模型，实际的电感器是用导线绕制成线圈做成的，如左图所示。电感器的电路符号及关联参考方向如右图所示。电感能够存储磁场能，它所存储的磁场能多少取决于磁链的大小，磁链的大小又与

5、该时刻通过它的电流大小有关，它们之间数学关系如下：式中L在数值上等于单位电流通过电感产生磁链的大小。在国际单位制中，单位为亨利，用字母H表示，实际应用中，亨利单位过大，通常用毫亨（mH，1mH=H），或微亨（μH，1μH=H）表示。在关联参考方向下，根据法拉第电磁感应定律，线圈两端有感应电压，电感电压与电流的约束关系如果电感的端电压为有限值（任何器件、支路两端电压不可能是无穷大），则电感上电流不能突变，即在关联参考方向下，输入电感的瞬时功率，是电感电压和电感电流的瞬时值乘积，即电感存储的磁场能是对瞬时功率的积分，单位为焦耳（J），即2.3RC电路暂态分析对于RC电

6、路，依据电路的结构约束（KVL、KCL）和元件的伏安关系（电压与电流约束），可以建立描述RC电路的数学方程。由于动态元件的伏安关系是微分或积分形式，因此对RC电路建立的数学方程是微分方程，如果电路中只含一个独立电容，则电路方程是一阶微分方程，这种电路称为一阶电路。2.3.1RC电路的零输入响应零输入响应是指电路的激励为零仅靠电路初始储能产生的响应。图示电路中，当t<0时开关处于位置“a”，电容C被恒压源充电，电路达到稳态，t=0时开关拨向位置“b”，电容通过电阻R放电。依据t>0时电路可以建立微分方程由于电容的端电压不能突变，有是微分方程初始条件根据初始条件，微分

7、方程的解为它是一个随时间衰减的指数函数，随时间的变化曲线如右图所示。2.3.2RC电路的零状态响应零状态响应就是电路在初始状态为零的条件下，由外加激励产生的响应。如图所示RC电路，开关闭合前电容初始状态为零，在t=0时刻开关闭合，电源向电容充电。依据t>0时电路可以建立微分方程由于电容的端电压不能突变，有是微分方程初始条件根据初始条件，微分方程的解为它是一个随时间衰减的指数函数，随时间的变化曲线如右图所示。2.3.3RC电路的完全响应完全响应是在储能元件储有能量的情况下，再加上激励作用所引起的响应。图示电路，如果电路在t<0时处于稳态，t=0时开关由“a”拨到“b

8、”，依据t