电子电工学第三章知识点.ppt
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1、 1.1.利用电路暂态过程产生特定波形的电信号利用电路暂态过程产生特定波形的电信号 如锯齿波、三角波、尖脉冲等，应用于电子电路。如锯齿波、三角波、尖脉冲等，应用于电子电路。研究暂态过程的实际意义研究暂态过程的实际意义 2.2.控制、预防可能产生的危害控制、预防可能产生的危害 暂态过程开始的瞬间可能产生过电压、过电流使电气设备或元件损坏。暂态过程开始的瞬间可能产生过电压、过电流使电气设备或元件损坏。电路暂态分析的内容电路暂态分析的内容(1)(1)暂态过程中电压、电流随时间变化的规律。暂态过程中电压、电流随时间变化的规律。(2)影响暂态过程快慢的电路的时间常数。影响暂态过程快慢的电路的时间常数。第
2、第3 3章章 电路的暂态分析电路的暂态分析3.1 电阻元件、电感元件与电容元件电阻元件、电感元件与电容元件一、一、电阻元件。电阻元件。描述消耗电能的性质描述消耗电能的性质根据欧姆定律根据欧姆定律:即电阻元件上的电压与通过的电流成线性关系即电阻元件上的电压与通过的电流成线性关系金属导体的电阻与导体的尺寸及导体材料的导电性能有关金属导体的电阻与导体的尺寸及导体材料的导电性能有关，表达式为：表达式为：表明电能全部消耗在电阻上，转换为热能散发。表明电能全部消耗在电阻上，转换为热能散发。电阻的能量电阻的能量R Ru u+_ _线性电阻线性电阻描述线圈通有电流时产生磁场、储存磁场能量的性质。描述线圈通有电
3、流时产生磁场、储存磁场能量的性质。1.1.物理意义物理意义电感电感:(H(H、mH)mH)线性电感线性电感:L L为常数为常数;电流通过电流通过N N匝线圈产生匝线圈产生(磁链磁链)电流通过一匝线圈产生电流通过一匝线圈产生(磁通磁通)线圈的电感与线圈的尺寸、匝数以及附近的介质的导磁性能等有关。线圈的电感与线圈的尺寸、匝数以及附近的介质的导磁性能等有关。二、二、电感元件电感元件将上式两边同乘上将上式两边同乘上 i，并积分，则得：，并积分，则得：磁场磁场能能即电感将电能转换为磁场能储存在线圈中，当电流增大时，磁场能增大，电感元件即电感将电能转换为磁场能储存在线圈中，当电流增大时，磁场能增大，电感元
4、件从电源取用电能；当电流减小时，磁场能减小，电感元件向电源放还能量。从电源取用电能；当电流减小时，磁场能减小，电感元件向电源放还能量。三、三、电容元件电容元件描述电容两端加电源后，其两个极板上分别聚集起等量异号的电荷，描述电容两端加电源后，其两个极板上分别聚集起等量异号的电荷，在介质中建立起电场，并储存电场能量的性质。在介质中建立起电场，并储存电场能量的性质。电容：电容：u ui iC C+_ _电容元件电容元件电容器的电容与极板的尺寸及其间介质的介电常数等关。电容器的电容与极板的尺寸及其间介质的介电常数等关。S S 极板面积（极板面积（m m2 2）d d 板间距离（板间距离（m m）介电常
5、数（介电常数（F/mF/m）当电压当电压u u变化时，在电路中产生电流变化时，在电路中产生电流:将上式两边同乘上将上式两边同乘上 u，并积分，则得：，并积分，则得：电场能电场能即电容将电能转换为电场能储存在电容中，当电压增大时，电场能增大，电容元件从即电容将电能转换为电场能储存在电容中，当电压增大时，电场能增大，电容元件从电源取用电能；当电压减小时，电场能减小，电容元件向电源放还能量。电源取用电能；当电压减小时，电场能减小，电容元件向电源放还能量。3.2 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一、一、电路中产生暂态过程的原因电路中产生暂态过程的原因旧稳态旧稳态新稳态新
6、稳态开关开关S 闭闭合合瞬态瞬态稳态稳态 产生暂态过程的必要条件：产生暂态过程的必要条件：L 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 C C 储能：储能：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1.1.电路中含有储能元件电路中含有储能元件 (内因内因)2.2.电路发生换路电路发生换路 (外因外因)uc不能突变不能突变iL不能突变不能突变电容电路电容电路：注
7、：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 u uC C、i iL L初始值。初始值。设：设：t=t=0 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 t=0=0-表示换路前的终了瞬间表示换路前的终了瞬间 t t=0=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）电感电路：电感电路：二、二、换路定则换路定则三、三、初始值的确定初始值的确定 初始值：电路中各初始值：电路中各 u、i 在在 t=0+时的数值。时的数值。1)1)先由先由t t=0=0-的电路求出的电路求出 u uC C(0 0 )、i iL L(0 0 )；2
8、)2)根据换路定律求出根据换路定律求出 u uC C(0(0+)、i iL L(0(0+)。3 3)由由t t=0=0+的电路求其它电量的的电路求其它电量的初始初始值值；4 4)在在 t t=0=0+时时的电压方程中的电压方程中 u uC C=u uC C(0(0+)、t t=0=0+时的电流方程中时的电流方程中 i iL L=i iL L(0(0+)。解：解：(1)(1)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，C C、L L 均未储能。均未储能。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
9、流的初始值。S S(a(a)C CU U R R2 2R R1 1t t=0=0+-L L例例1 1暂态过程初始值的确定暂态过程初始值的确定换路瞬间，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。i iL L(0(0+)U U i iC C(0(0+)u uC C (0(0+)u uL L(0(0+)_ _u u2 2(0(0+)u u1 1(0(0+)i i1 1(0(0+)R R2 2R R1 1+_ _ _+-(b)(b)t t=0+=0+等效电路等效电路(2)(2)由由t t=0=0+电路，求其余各电流、电压的初始值电路，
10、求其余各电流、电压的初始值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 例例2 2：换路前电路处于稳态。：换路前电路处于稳态。试求电路中各个电压和电流的初始值。试求电路中各个电压和电流的初始值。(2)由由t=0+电路求电路求 iC(0+)、uL(0+)由图由图解之得解之得 电量电量换路瞬间，换路瞬间，不能跃变不能跃变可以跃变。可以跃变。结论结论 3.3.换路前换路前,若若u uC C(0-)(0-)0,0,换路瞬间换路瞬间 (t t=0=0+等效电路中等效电路
11、中),),电容元件可用一理想电压电容元件可用一理想电压源替代源替代,其电压为其电压为u uc c(0(0+););换路前换路前,若若i iL L(0-)(0-)0,0,在在t t=0=0+等效电路中等效电路中,电感元件电感元件可用一理想电流源替代，其电流为可用一理想电流源替代，其电流为i iL L(0(0+)。1.换路瞬间，换路瞬间，uC、iL 不能跃变不能跃变,但其它电量均可以跃变。但其它电量均可以跃变。2.2.换路前换路前,若储能元件没有储能若储能元件没有储能,换路瞬间换路瞬间(t t=0=0+的等效电路中的等效电路中)，可视电容元件短路，可视电容元件短路，电感元件开路。电感元件开路。解解
12、(1)(1)一阶电路暂态过程的求解方法一阶电路暂态过程的求解方法1.经典法经典法:根据激励，通过求解电路的微分方程得出电路的响应。根据激励，通过求解电路的微分方程得出电路的响应。2.三要素法：三要素法：求求初始值、初始值、稳态值和时间常数。稳态值和时间常数。一阶电路：一阶电路：仅含一个储能元件或可等效为一个储能元件的线性电路仅含一个储能元件或可等效为一个储能元件的线性电路,且由一阶微分方程且由一阶微分方程描述，称为一阶线性电路。描述，称为一阶线性电路。求解方法求解方法3.3 RC电路的响应电路的响应代入上式得代入上式得换路前电路已处稳态换路前电路已处稳态 t=0时开关时开关,电容电容C 经电阻
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