电工技术 第2版 教学课件 作者 高有华 袁宏 主编 第5章　电路的时域分析.ppt

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1、第5章　电路的时域分析5.1　概述5.2　一阶电路的时域分析5.3　求解一阶电路的三要素法5.4RC串联电路对矩形波电压的响应5.5　一阶电路的仿真分析5.1　概述5.1.1　时域响应的概念5.1.2　暂态过程的产生5.1.3　换路定律与电路初始值的确定5.1.4　时域分析的意义及方法5.1.1　时域响应的概念图5-1　RC电路的转换5.1.2　暂态过程的产生如前所述，电路中的暂态过程是由于电路的接通、断开以及电路的参数、结构和激励的突然改变等原因所致。为叙述方便，将电路状态的这些改变统称为换路。然而并不是所有的电路在换路时都产生暂态过程，

2、换路只是产生暂态过程的外在原因，它必须通过电路本身的内因才起作用。5.1.3　换路定律与电路初始值的确定综上所述，电感元件中的电流iＬ和电容元件两端的电压uＣ不能跃变，它们都是时间的连续函数。设t=0为换路瞬间，并以t=０－表示换路前的最终瞬间，t=０＋表示换路后的初始瞬间，则从t＝０－到t＝０＋即换路前后瞬间，电感元件中的电流和电容元件两端的电压应该分别相等，而不能跃变，这就称为换路定律。时域分析主要是研究暂态过程中，在激励源的作用下电路各部分的电压和各支路电流随时间变化的规律。虽然电路中的暂态过程很短暂，但分析暂态过程却是十分重要的。一

3、方面，利用电路的暂态过程可以实现振荡信号的产生、信号波形的变换、电子继电器的延时动作、晶闸管的触发控制、电动机利用加速电容起动等；另一方面，暂态过程中还可能出现不利于电路工作的情况，例如某些电路在接通或断开时会产生过高的电压和过大的电流，这种电压和电流称之为过电压和过电流。5.1.4　时域分析的意义及方法过电压可能击穿电气设备的绝缘，过电流可能产生过大的机械力或引起电气设备和器件的局部过热，从而使其遭受机械损坏和热损坏。对某些电子器件，极短暂的过电压和过电流都将导致它们的损坏。因此进行时域分析的目的就是充分利用电路的暂态过程特性来满足技术上

4、对电气线路和电气装置的性能要求，同时又要尽量防止和避免暂态过程所产生的危害。5.1.4　时域分析的意义及方法时域分析的最基本方法是经典法。其实质是根据欧姆定律和基尔霍夫定律列出表征该电路运行状态的以时间t为自变量的微分方程，然后再利用已知的初始条件求解。只有一种储能元件的电路，其暂态过程可以用一阶微分方程描述，称为一阶电路；而有两种储能元件的电路，其暂态过程可以用二阶微分方程描述，称为二阶电路。没有储能元件的电路，则没有暂态过程。5.1.4　时域分析的意义及方法5.2　一阶电路的时域分析5.2.1RC电路的零输入响应5.2.2RC电路的零状

5、态响应5.2.3　RC电路的完全响应及其两种分解形式5.2.4RL电路的时域响应5.2.1RC电路的零输入响应图5-6　RC放电电路5.2.1RC电路的零输入响应图5-7u和i随时间变化的曲线5.2.1RC电路的零输入响应表5-35.2.2RC电路的零状态响应图5-8　RC充电电路5.2.2RC电路的零状态响应图5-9u和i随时间的变化曲线5.2.3　RC电路的完全响应及其两种分解形式电路中的储能元件有初始储能时的状态，叫做非零初始状态，简称非零状态。在非零状态下，电路与电源接通，电路的响应是由电源和储能元件的初始储能这两种激励共同作用的结

6、果，因此称为电路的完全响应。5.2.3　RC电路的完全响应及其两种分解形式图5-10　完全响应分解为稳态分量与暂态分量5.2.4RL电路的时域响应对于RL电路，当电路发生换路并且电感中的磁场能量发生变化时将产生暂态过程。与RC电路一样，RL电路也可以分为零输入响应、零状态响应和完全响应，求解的方法也与RC电路图5-15RL电路的零输入响应的时域响应求解方法相同，但是电路时间常数的表达式不同。下面以RL电路的零输入响应为例，介绍RL电路时间常数的求法及表达式。5.2.4RL电路的时域响应图5-15　RL电路的零输入响应图5-16　RL电路零输

7、入响应曲线5.2.4RL电路的时域响应5.3　求解一阶电路的三要素法无论是简单的还是复杂的电路，只要其中只含一种储能元件，其时域响应就可用一阶常系数线性微分方程来描述。这种电路就叫做一阶电路。由前面分析可知，当RC电路与恒定电压接通或脱离电源时，电路中各部分电压和各支路电流都是由稳态分量和暂态分量两部分叠加而成。5.3　求解一阶电路的三要素法5.3　求解一阶电路的三要素法5.4RC串联电路对矩形波电压的响应5.4.1　微分电路5.4.2　积分电路5.4.3　脉冲序列分析5.4.1　微分电路图5-２4　微分电路5.4.1　微分电路图5-25　

8、尖顶脉冲电压5.4.2　积分电路图5-26　积分电路5.4.2　积分电路图5-27　锯齿波电压5.4.3　脉冲序列分析1.T≫τ的情况　在这种情况下，RC串联电路的时域响与微分电