一阶动态电路的三要素法课件.ppt

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1、现在学习的是第1页，共27页7.4 一阶电路的全响应一阶电路的全响应一、全响应的定义一、全响应的定义 换路后由储能元件和独立电源共同引起的响应，称为换路后由储能元件和独立电源共同引起的响应，称为全响应。全响应。 现在学习的是第2页，共27页 换路后由储能元件和独立电源共同引起的响应，称为全换路后由储能元件和独立电源共同引起的响应，称为全响应。以上图为例，开关接在响应。以上图为例，开关接在1 1位已久，位已久，u uC C（0 -0 -）= U= U0 0 ，电容为非零初始状态。电容为非零初始状态。t = 0t = 0时开关打向时开关打向2 2位进行换路，换位进行换路，换路后继续有电源路后继续有

2、电源USUS作为作为RCRC串联回路的激励，因此串联回路的激励，因此t0t0时电时电路发生的过渡过程是路发生的过渡过程是全响应全响应。 利用求解微分方程的方法，可以求得电容电压利用求解微分方程的方法，可以求得电容电压u uC C全响应全响应的变化通式为的变化通式为1)(e)0()(CtCCuutu）te二、全响应的变化规律二、全响应的变化规律现在学习的是第3页，共27页结论： 全响应是零输入响应与零状态响应的叠加，或稳态响应与全响应是零输入响应与零状态响应的叠加，或稳态响应与暂态响应的叠加。或曰：零输入响应和零状态响应是全响应的暂态响应的叠加。或曰：零输入响应和零状态响应是全响应的特例。特例。

3、上式还可写为上式还可写为tCCCCuuutue)()0()()(现在学习的是第4页，共27页7.5 一阶电路的全响应一阶电路的全响应规律总结： 通过前面对一阶动态电路过渡过程的分析可以看出通过前面对一阶动态电路过渡过程的分析可以看出，换路后，电路中的电压、电流都是从一个初始值，换路后，电路中的电压、电流都是从一个初始值f f（0+0+）开始，按照指数规律递变到新的稳态值）开始，按照指数规律递变到新的稳态值f f（），递变），递变的快慢取决于电路的时间常数的快慢取决于电路的时间常数。 一、一阶动态电路的三要素一、一阶动态电路的三要素 初始值初始值f f（0+0+） 稳态值稳态值f f（） 时间常

4、数时间常数 一阶动态电路的三一阶动态电路的三要素要素现在学习的是第5页，共27页二、三要素法的通式二、三要素法的通式teffftf)()0()()(进一步推得：进一步推得：)()()()0(lnftffft 由此式可以确定电路中电压或电流从换路后的初始值变化到某一个数值所需要的时间现在学习的是第6页，共27页三、三要素法应用举例三、三要素法应用举例【例14-1】 下图所示电路中，已知下图所示电路中，已知U US S =12V =12V，R1= 3kR1= 3k，R R2 2 =6k=6k，R R3 3=2k=2k，C=5FC=5F，开关，开关S S打开已久，打开已久，t=0t=0时，时，S S

5、闭合闭合。试用三要素法求开关闭合后。试用三要素法求开关闭合后u uC C、i iC C、i i1 1和和i i2 2的变化规律即解的变化规律即解析式。析式。现在学习的是第7页，共27页解：先求电压、电流的三要素。先求电压、电流的三要素。 （1 1）求初始值）求初始值 u uC C（0 0+ +）= u= uC C（0 0- -）= 0= 0 mA386262312)0(323211RRRRRUiSmA3262238)0()0(32312RRRiimA23238)0()0()0(21iiiC现在学习的是第8页，共27页（2 2）求稳态值）求稳态值V863612)(212RRRUuSCmA3463

6、12)()(2121RRUiiS0)(Ci（3 3）求时间常数）求时间常数k46363221213RRRRRRs102105104263 RC现在学习的是第9页，共27页（4 4）根据三要素法通式写出解析式）根据三要素法通式写出解析式V)e1 (8)(50tCtumAe2)(50tCtimAe3434e)3438(34)(50501tttimAe3234e)3432(34)(50502ttti说明： 上题也可以只求出电容电压上题也可以只求出电容电压u uC C的三要素，然后利用三要的三要素，然后利用三要素法写出素法写出u uC C的解析式，再以的解析式，再以u uC C的解析式为依据，求出其它

7、电的解析式为依据，求出其它电压、电流的解析式。压、电流的解析式。 现在学习的是第10页，共27页【例14-2】 下图所示电路中，开关转换前电路已处于稳态，下图所示电路中，开关转换前电路已处于稳态，t = 0t = 0时时开关由开关由1 1位接至位接至2 2位，求位，求t 0t 0时（即换路后）时（即换路后）i iL L 、i i2 2、i i3 3和和电感电压电感电压u uL L的解析式。的解析式。现在学习的是第11页，共27页解：先用三要素法计算电感电流先用三要素法计算电感电流i iL L（t t）。）。 （1 1）求电感电流的初始值）求电感电流的初始值i iL L（0+0+） i iL L

8、（0+0+）= i= iL L（0 0- -）= 20/2 =10mA= 20/2 =10mA（2 2）求电感电流的稳态值）求电感电流的稳态值i iL L（） 开关转换后，电感与电流源脱离，电感储存的能量开关转换后，电感与电流源脱离，电感储存的能量释放出来消耗在电阻中，达到新稳态时，电感电流为零释放出来消耗在电阻中，达到新稳态时，电感电流为零，即，即 i iL L（）= 0= 0现在学习的是第12页，共27页（3 3）求时间常数）求时间常数k10101020)1010(20Rs10101010733RL根据三要素法，可写出电感电流的解析式为根据三要素法，可写出电感电流的解析式为 i iL L（

9、t t）= 0 += 0 +（10101010-3-300） =10 mA=10 mAt710et710e现在学习的是第13页，共27页【例14-3】 下图（下图（a a）所示电路原处于稳定状态。）所示电路原处于稳定状态。t = 0t = 0时开关闭时开关闭合，求合，求t 0t 0的电容电压的电容电压u uC C（t t）和电流）和电流i i（t t）。）。现在学习的是第14页，共27页解：（1 1）计算初始值）计算初始值u uC C（0+0+） 开关闭合前，图（开关闭合前，图（a a）电路已经稳定，电容相当于开路）电路已经稳定，电容相当于开路，电流源电流全部流入，电流源电流全部流入44电阻中

10、，此时电容电压与电阻电阻中，此时电容电压与电阻电压相同，可求得电压相同，可求得 u uC C（0+0+）= u= uC C（0 -0 -）= 4= 42 A = 8V2 A = 8V（2 2）计算稳态值）计算稳态值u uC C（） 开关闭合后，电路如图（开关闭合后，电路如图（b b）所示，经过一段时间，）所示，经过一段时间，重新达到稳定状态，电容相当于开路，运用叠加定理求得重新达到稳定状态，电容相当于开路，运用叠加定理求得V7V5V2V10444424444V22141411)(Cu现在学习的是第15页，共27页 （3 3）计算时间常数）计算时间常数 计算与电容连接的电阻单口网络的输出电阻，它

11、是三个电计算与电容连接的电阻单口网络的输出电阻，它是三个电阻的并联阻的并联121414110Rs10F1010CR（4 4）将）将u uC C（0+0+）、）、u uC C（）和时间常数）和时间常数代入通式得：代入通式得：V)e7(7e78)(1010ttCtuAe5051A2)e7(102)(V10)(1010ttCtuti现在学习的是第16页，共27页【例14-4】 下图所示电路中，已知下图所示电路中，已知U US1S1=3V=3V，U US2S2=6V=6V，R R1 1= R= R2 2= 2= 2，R R3 3= = 11，L = 0.01HL = 0.01H，开关，开关S S打在打

12、在1 1位时，电路处于稳态。位时，电路处于稳态。t=0t=0时开时开关由关由1 1位打向位打向2 2位。试求：（位。试求：（1 1）i iL L、i i1 1的变化规律并画出它的变化规律并画出它们随时间变化的曲线；（们随时间变化的曲线；（2 2）换路后）换路后i iL L从初始值变化到零所需从初始值变化到零所需要的时间。要的时间。现在学习的是第17页，共27页解：（1 1）求）求i iL L（0+0+）A750122121223)0()0(322323211SRRRRRRRRUiiLL（2 2）求）求i iL L（）A252121226)(323212S1RRRRRUiA51122252)()

13、(3221RRRiiL现在学习的是第18页，共27页（3 3）求时间常数）求时间常数S S打在打在2 2位时，位时，L L两端的除源等效电阻为两端的除源等效电阻为22222121213RRRRRRs00502010RL根据三要素法，写出电感电流的解析式为根据三要素法，写出电感电流的解析式为 i iL L（t t）=1.5+=1.5+（-0.75-1.5-0.75-1.5） = 1.5-2.25 A= 1.5-2.25 A 0050te0050te现在学习的是第19页，共27页由换路后的电路，根据由换路后的电路，根据KVLKVL、KVLKVL可列出下列方程可列出下列方程 i i1 1（t t）=

14、 i= i2 2（t t）+ i+ iL L（t t） R R1 1 i i1 1（t t）+ R+ R2 2 i i2 2（t t）= U= US2S2代入数据，联立解之得代入数据，联立解之得 i i1 1（t t）= 2.25-1.125 A= 2.25-1.125 A te200i iL L、i i1 1随时间变化的曲线如下图所示。随时间变化的曲线如下图所示。现在学习的是第20页，共27页 i iL L从换路后的初始值从换路后的初始值-0.75 A-0.75 A变化到变化到0 0所需要的时间可得所需要的时间可得)()()()0(lnLLLLitiiits002051051750ln005

15、0现在学习的是第21页，共27页【例14-5】 下图所示电路中，电感电流下图所示电路中，电感电流i iL L（0 0- -）= 0= 0，t=0t=0时开关时开关S S1 1闭合，经过闭合，经过0.1s0.1s，再闭合开关，再闭合开关S S2 2，同时断开，同时断开S S1 1。试求电感电。试求电感电流流i iL L（t t），并画波形图。），并画波形图。现在学习的是第22页，共27页解： 本题属于包含开关序列的直流一阶电路的分本题属于包含开关序列的直流一阶电路的分析。对于这一类电路，可以按照开关转换的先后析。对于这一类电路，可以按照开关转换的先后次序，从时间上分成几个区间，分别用三要素法次序

16、，从时间上分成几个区间，分别用三要素法求解电路的响应。求解电路的响应。 （1 1）在）在0t0.1 s0t0.1 s时间范围内响应的计算时间范围内响应的计算 在在S S1 1闭合前，已知闭合前，已知i iL L（0 0- -）= 0= 0，S S1 1闭合后，电感电流不闭合后，电感电流不能跃变，能跃变，i iL L（0 0+ +）=i=iL L（0 0- -）= 0= 0，处于零状态，电感电流为零，处于零状态，电感电流为零状态响应。可用三要素法求解：状态响应。可用三要素法求解：A502010)(2SRUiLs1020221RL现在学习的是第23页，共27页根据三要素公式得到根据三要素公式得到

17、i iL L（t t）= 0.5= 0.5（1 - 1 - ）A A （0.1st00.1st0）te10（2 2）在）在t0.1 st0.1 s时间范围内响应的计算时间范围内响应的计算 仍然用三要素法，先求仍然用三要素法，先求t = 0.1 st = 0.1 s时刻的初始值。根据时刻的初始值。根据前一段时间范围内电感电流的表达式可以求出在前一段时间范围内电感电流的表达式可以求出在t = 0.1 st = 0.1 s时刻前一瞬间的电感电流时刻前一瞬间的电感电流A3160)e1 (50)10(1010Li 在在t = 0.1 st = 0.1 s时，闭合开关时，闭合开关S2S2，同时断开开关，同

18、时断开开关S S1 1，由于，由于电感电流不能跃变，所以有电感电流不能跃变，所以有 i iL L（0.10.1+ +）=i=iL L（0.10.1- -）=0.316A=0.316A。此后的电感电流属于零输入响应，。此后的电感电流属于零输入响应，i iL L（）=0=0。在此时间范围内电路的时间常数为在此时间范围内电路的时间常数为现在学习的是第24页，共27页s0667020102212RRL根据三要素公式得到：根据三要素公式得到：Ae3160e)10()() 10(15102ttLLiti （t0.1 st0.1 s） 电感电流电感电流i iL L（t t）的波形曲线）的波形曲线如右图所示。

19、在如右图所示。在t=0t=0时，它从零时，它从零开始，以时间常数开始，以时间常数1 1=0.1 s=0.1 s确确定的指数规律增加到最大值定的指数规律增加到最大值0.316A0.316A后，就以时间常数后，就以时间常数2 2=0.0667s=0.0667s确定的指数规律衰确定的指数规律衰减到零。减到零。现在学习的是第25页，共27页本讲小结 1 1、换路后由储能元件和独立电源共同引起的响应，称为、换路后由储能元件和独立电源共同引起的响应，称为全响应。零输入响应和零状态响应是全响应的特例。全响应。零输入响应和零状态响应是全响应的特例。 2 2、f f（0+0+）、）、f f（）和）和称为一阶电路的三要素。有称为一阶电路的三要素。有了三要素，根据三要素法通式即可求出换路后电路中任一了三要素，根据三要素法通式即可求出换路后电路中任一电压、电流的解析式电压、电流的解析式f f（t t）。）。 3 3、三要素法的通式为：、三要素法的通式为：teffftf)()0()()(现在学习的是第26页，共27页感谢大家观看现在学习的是第27页，共27页