第5章 电路的动态分析 电路理论 教学课件.ppt

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1、电路理论华中科技大学电气与电子工程学院何仁平2011年9月第5章电路的动态分析华中科技大学电气与电子工程学院2011年9月5.1电路动态响应基本概念及换路定则5.2一阶电路的零输入响应5.3一阶电路的零状态响应5.4一阶电路的全响应5.5一阶电路分析的三要素法5.6阶跃函数与一阶电路的阶跃响应5.7RC电路对矩形脉冲的响应5.8冲激函数在电路分析中的应用5.10二阶电路的零输入响应目录§5.1电路动态响应的基本概念及换路定则K未动作前i=0,uC=0i=0,uC=Us一.什么是电路的过渡过程i+–uCUsRCK+–uCUsRCit=0K接通电源后很长时间过渡过程：电路

2、由一个稳态过渡到另一个稳态需要经历的过程。产生过渡过程的电路及原因?无过渡过程I电阻电路t=0ER+_IK电阻是耗能元件，其上电流随电压比例变化，不存在过渡过程。Et电容为储能元件，它储存的能量为电场能量，其大小为：电容电路储能元件因为能量的存储和释放需要一个过程，所以有电容的电路存在过渡过程。EKR+_CuCt储能元件电感电路电感为储能元件，它储存的能量为磁场能量，其大小为：因为能量的存储和释放需要一个过程，所以有电感的电路存在过渡过程。KRE+_t=0iL结论有储能元件（L、C）的电路在电路状态发生变化时（如：电路接入电源、从电源断开、电路参数改变等）存在过渡过程

3、；纯电阻（R）电路，不存在过渡过程。电路中的u、i在过渡过程期间，从“旧稳态”进入“新稳态”，此时u、i都处于暂时的不稳定状态，所以过渡过程又称为电路的暂态过程。讲课重点：直流电路、交流电路都存在过渡过程。我们讲课的重点是直流电路的过渡过程。研究过渡过程的意义：过渡过程是一种自然现象，对它的研究很重要。过渡过程的存在有利有弊。有利的方面，如电子技术中常用它来产生各种波形；不利的方面，如在暂态过程发生的瞬间，可能出现过压或过流，致使设备损坏，必须采取防范措施。说明：换路:电路状态的改变。如：1.电路结构改变2.电路中元件参数的改变二、换路定则及初始值的确定换路定则:在换

4、路瞬间，电容上的电压、电感中的电流不能突变。设：t=0时换路---换路前瞬间---换路后瞬间则：换路瞬间，电容上的电压、电感中的电流不能突变的原因解释如下：自然界物体所具有的能量不能突变，能量的积累或释放需要一定的时间。所以电感L储存的磁场能量不能突变不能突变不能突变不能突变电容C存储的电场能量若发生突变，不可能！一般电路则所以电容电压不能突变从电路关系分析KRE+_CiuCK闭合后，列回路电压方程：初始值的确定:求解要点：1.2.根据电路的基本定律和换路后的等效电路，确定其它电量的初始值。初始值（起始值）：电路中u、i在t=0+时的大小。例1换路时电压方程:不能突变

5、发生了突变根据换路定理解:求:已知:R=1kΩ,L=1H,U=20V、设时开关闭合开关闭合前仍然满足基尔霍夫定律iLUKt=0uLuRR已知:电压表内阻设开关K在t=0时打开。求:K打开的瞬间,电压表两端的电压。解:换路前(大小,方向都不变)换路瞬间例2.KULVRiL+－t=0+时的等效电路V.KULVRiL+－注意:实际使用中要加保护措施已知:K在“1”处停留已久，在t=0时合向“2”求:的初始值，即t=(0+)时刻的值。例3E1k2k+_RK12R2R16V2k+－+－解：换路前的等效电路E1k2k+_RK12R2R16V2k+－+－+－ER1+_RR2t=0

6、+时的等效电路E1k2k+_R2R13V1.5mA+-计算结果电量E1k2k+_RK12R2R16V2k+－+－小结1.换路瞬间，不能突变。其它电量均可能突变，变不变由计算结果决定；2.换路瞬间，电容相当于理想电压源，其值等于电容相当于短路；3.换路瞬间，电感相当于理想电流源，其值等于，电感相当于断路。§5-2一阶电路的零输入响应零输入响应(Zeroinputresponse)：激励(独立电源)为零，仅由初始储能作用于电路产生的响应。一阶电路：一阶微分方程描述的电路一阶电路过渡过程的求解方法：(一)经典法:用数学方法求解微分方程；(二)三要素法:求初始值稳态值时间常

7、数一RC电路的零输入响应已知uC(0-)=U0求uC和i.解iK(t=0)+–uRC+–uCR特征方程则初始值uC(0+)=uC(0-)=U0A=U0U0uC0令=RC,称为一阶电路的时间常数I0ti0iK(t=0)+–uRC+–uCR时间常数的大小反映了电路过渡过程时间的长短=RC大过渡过程时间的长小过渡过程时间的短电压初值一定：R大（C不变）i=u/R放电电流小放电时间长U0tuc0小大C大（R不变）w=0.5Cu2储能大U00.368U00.135U00.05U00.007U0U0U0e-1U0e-2U0e-3U0e-5工程上