电路的瞬态分析优秀课件.ppt

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1、电路的瞬态分析1第1 页，本讲稿共72 页第二节 RC电路的瞬态过程第一节 瞬态过程的基本知识第三节 微分电路与积分电路第四节 RL电路的过渡过程第2 页，本讲稿共72 页1.1.电路的稳定状态电路的稳定状态 前几章讨论的电路中电压、电流等，都是某一前几章讨论的电路中电压、电流等，都是某一稳定值或某一稳定时间函数，这种状态称为电路稳定值或某一稳定时间函数，这种状态称为电路的稳定状态，简称稳态。的稳定状态，简称稳态。2.2.电路的瞬态过程电路的瞬态过程当电路中的电压、电流等从原来的稳定值或时当电路中的电压、电流等从原来的稳定值或时间函数变为另一稳定值或时间函数，即电路从原间函数变为另一稳定值或时

2、间函数，即电路从原来的稳态变换到新的稳态，需要经历一定的时间，来的稳态变换到新的稳态，需要经历一定的时间，这一变换过程也称为电路的这一变换过程也称为电路的瞬态过程瞬态过程，旧称，旧称过渡过渡过程过程。研究电路的瞬态过程十分重要。研究电路的瞬态过程十分重要。概述:3第3 页，本讲稿共72 页一、电路中的瞬态过程二、换路定律三、分析一阶电路瞬态过程的三要素法四、根据换路定律确定瞬态过程的初始值第4 页，本讲稿共72 页一、电路中的瞬态过程第一节 第一节 瞬态过程的基本知识 瞬态过程的基本知识S SUS+R REL3 L LEL2 C CEL1 ICILIR 开关开关SS断开：各支路电流为零，断开：

3、各支路电流为零，33只灯不亮。只灯不亮。开关开关SS合上：合上：EEL1L1灯灯:开关闭合瞬间突然亮一下，逐渐变暗，最开关闭合瞬间突然亮一下，逐渐变暗，最终熄灭；终熄灭；EEL2L2灯灯:由暗变亮，最终稳定发光；由暗变亮，最终稳定发光；EEL3L3灯灯:开关闭合瞬间立即变亮，亮度稳定不变。开关闭合瞬间立即变亮，亮度稳定不变。5第5 页，本讲稿共72 页(一一)概念概念 瞬态过程瞬态过程自然界物质的运动从一种稳定自然界物质的运动从一种稳定状态到另一种稳定状态的状态到另一种稳定状态的变化的过程。变化的过程。第一节 第一节 瞬态过程的基本知识 瞬态过程的基本知识 电容支路、电感支路存在瞬态过程，电容

4、支路、电感支路存在瞬态过程，电阻电路电阻电路不存在瞬态过程不存在瞬态过程6第6 页，本讲稿共72 页电阻电路uS闭合前：oi电流 i 随电压 u 比例变化。u S闭合后：电阻电路不存在瞬态过程电阻电路不存在瞬态过程iUS+RRSS+-uR第一节 第一节 瞬态过程的基本知识 瞬态过程的基本知识7第7 页，本讲稿共72 页电容电路uS闭合前：uuCC由由00逐渐增加到逐渐增加到USu S闭合后：uRUS+RRSS+-CCiC uC+电容电路存在瞬态过程电容电路存在瞬态过程oUS稳态稳态暂态暂态第一节 第一节 瞬态过程的基本知识 瞬态过程的基本知识为什么为什么uuCC不能不能发生突变？发生突变？8第

5、8 页，本讲稿共72 页(二二)产生瞬态过程的原因产生瞬态过程的原因在于在于物质能量不能跃变。物质能量不能跃变。电路中，电路中，有儲能元件和电容时，它们所储存有儲能元件和电容时，它们所储存的能量也是的能量也是不能发生跃变不能发生跃变的。的。第一节 第一节 瞬态过程的基本知识 瞬态过程的基本知识在换路瞬间储能元件的能量不能跃变在换路瞬间储能元件的能量不能跃变电路中含有储能元件电路中含有储能元件(内因内因)uuCC不能突变不能突变C 储能L 储能iiLL不能突变不能突变9第9 页，本讲稿共72 页为什么为什么uuCC不能不能发生突变？发生突变？(三三)换路换路(外因外因)电路状态的变化统称换路。电

6、路状态的变化统称换路。电路接通、切断、短路电路接通、切断、短路电路中的激励、参数发生突变电路中的激励、参数发生突变第一节 第一节 瞬态过程的基本知识 瞬态过程的基本知识10第10 页，本讲稿共72 页二、换路定律设设换路瞬间作为计时起点，令换路瞬间作为计时起点，令t t=0=0。换路前终了瞬间，以换路前终了瞬间，以tt=0=0-表示。表示。换路后初始瞬间，以换路后初始瞬间，以tt=0=0表示。表示。1.1.换路瞬间，电容上的电压不能突变换路瞬间，电容上的电压不能突变即即换路后的瞬间电压换路后的瞬间电压uuCC（00+）等于换路前的等于换路前的瞬间电压瞬间电压 uuCC（00-）。uuCC（00

7、+）=uuCC（0-0-）第一节 第一节 瞬态过程的基本知识 瞬态过程的基本知识11第11 页，本讲稿共72 页iiLL（00+）=iiLL（0-0-）2.2.换路瞬间，电感中的电流不能突变换路瞬间，电感中的电流不能突变即即换路后的瞬间电流换路后的瞬间电流iiLL（00+）等于换路前的瞬等于换路前的瞬间电压间电压 iiLL（00-）。必须指出：必须指出：不能跃变并不是不变，而是在换路不能跃变并不是不变，而是在换路瞬间瞬间（tt=0=0）连续变化。连续变化。第一节 第一节 瞬态过程的基本知识 瞬态过程的基本知识12第12 页，本讲稿共72 页 一阶电路一阶电路只包含一个储能元件，或用串只包含一个

8、储能元件，或用串并联法简化后只包含一个储能元件的电路。并联法简化后只包含一个储能元件的电路。动态电路动态电路 一阶一阶二阶二阶1.经典法经典法:通过通过一阶一阶微分方程求。比较麻烦。微分方程求。比较麻烦。2.2.三要素法三要素法（简便方法）（简便方法）求解方法：求解方法：只含有一个储只含有一个储能元件的电路能元件的电路三、分析一阶电路瞬态过程的三要素法第一节 第一节 瞬态过程的基本知识 瞬态过程的基本知识13第13 页，本讲稿共72 页1.1.初始值初始值uC（00+）。3.时间常数。2.稳态值uuCC（）。）。对于直流电源作用下的一阶对于直流电源作用下的一阶RCRC电路，只要电路，只要求得以

9、下三个要素：求得以下三个要素：种利用此三个要素分析过渡过程的方法称种利用此三个要素分析过渡过程的方法称为为“三要素法三要素法”。第一节 第一节 瞬态过程的基本知识 瞬态过程的基本知识14第14 页，本讲稿共72 页f f（0 0+）初始值，根据换路定理求得初始值，根据换路定理求得 时间常数时间常数f f（）换路后达到的稳态值换路后达到的稳态值（CC开路开路，LL短路短路）uC（0+）=uC（0-）iL（0+）=iL（0-）其一般形式为：其一般形式为：稳态稳态值值初始初始值值时间时间常数常数uu或或ii第一节 第一节 瞬态过程的基本知识 瞬态过程的基本知识15第15 页，本讲稿共72 页说明l使

10、用条件：使用条件：l时间常数时间常数：一阶电路一阶电路 直流激励直流激励RR00从从CC或或LL两端看进去的等效电阻两端看进去的等效电阻RCRC：=RR00CC；RLRL：=L/R=L/R00 等效等效电阻电阻iiC CR R1R R2例例:第一节 第一节 瞬态过程的基本知识 瞬态过程的基本知识16第16 页，本讲稿共72 页步骤：步骤：1.按换路前的电路求出换路前瞬间按换路前的电路求出换路前瞬间（tt=00-）的的电容电压电容电压uuCC（00-）和电感电流和电感电流iiLL（00-）。2.由换路定律确定换路后瞬间由换路定律确定换路后瞬间（t t=0=0+）的电容的电容电压电压uuCC（00

11、+）和电感电流和电感电流iiLL（00+）。）。3.按换路后的电路，根据电路的基本定律求出按换路后的电路，根据电路的基本定律求出换路后瞬间换路后瞬间（t t=00+）的的各支路电流各支路电流和和各元件上的各元件上的电压电压。初始值：初始值：电路中各电路中各 uu、ii 在在 t t=0=0+时的数值。时的数值。四、根据换路定律确定瞬态过程的初始值第一节 第一节 瞬态过程的基本知识 瞬态过程的基本知识17第17 页，本讲稿共72 页【例例5-1-15-1-1】电路原为稳定状态，电容上未储电路原为稳定状态，电容上未储能，已知能，已知UUSS=4V=4V，R R=2=2，试求开关，试求开关SS闭合后

12、瞬间闭合后瞬间电感、电容、电阻上的电流。电感、电容、电阻上的电流。iLCC US RR+-L LuC+-SSiRiC解：解：设电压、电流的参考方向如图所示设电压、电流的参考方向如图所示第一节 第一节 瞬态过程的基本知识 瞬态过程的基本知识18第18 页，本讲稿共72 页1.1.求换路前的电容电压和电感电流求换路前的电容电压和电感电流t t=00-时，电路已处于稳态，即电容开路，电感短路时，电路已处于稳态，即电容开路，电感短路2.2.由由换路定律可得换路定律可得iLCC US RR+-L LuC+-SSiR第一节 第一节 瞬态过程的基本知识 瞬态过程的基本知识19第19 页，本讲稿共72 页3.

13、3.开关开关SS闭合后瞬间闭合后瞬间电感、电容、电阻上的电流电感、电容、电阻上的电流SSUS RR+-iRiCiL得：得：电压源电压源uucc(0(0+)电流源电流源iiLL(0(0+)电容两端电压不变电容两端电压不变（相当于短路），（相当于短路），用用0V0V电压源代替电容。电压源代替电容。电感中电流不变。电感中电流不变。用用2A2A电流源代替电感。电流源代替电感。第一节 第一节 瞬态过程的基本知识 瞬态过程的基本知识20第20 页，本讲稿共72 页归纳1.1.换路瞬间，换路瞬间，uuCC、iiLL不能跃变，但其它电量均不能跃变，但其它电量均可跃变。可跃变。3.3.若换路前若换路前有储能有储

14、能，在，在 t t=0=0+等效电路中，电容等效电路中，电容元件可用一电压为元件可用一电压为uuCC(0(0+)的理想电压源替代；的理想电压源替代；电电感元件可用一电流为感元件可用一电流为iiLL(0(0+)的理想电流源替代。的理想电流源替代。2.2.换路瞬间，若储能元件换路前换路瞬间，若储能元件换路前没有储能没有储能,可视可视为电容元件为电容元件短路短路，电感元件，电感元件开路开路。换路定律第一节 第一节 瞬态过程的基本知识 瞬态过程的基本知识21第21 页，本讲稿共72 页第二节 RC电路的瞬态过程 一、RC电路的充电过程二、RC电路的放电过程第22 页，本讲稿共72 页二、RC电路的充电

15、过程（一）求电压和（一）求电压和电流的值电流的值（三要素法）（三要素法）若电容器事先未充电，若电容器事先未充电，则：则：C CR RuC U+-S S+uR-i+-第二节 第二节 RC RC电路的瞬态过程 电路的瞬态过程初始值：初始值：稳态值：稳态值：23第23 页，本讲稿共72 页求求ii和和uuRR的其它方法？的其它方法？第二节 第二节 RC RC电路的瞬态过程 电路的瞬态过程24第24 页，本讲稿共72 页（二）电容充电时（二）电容充电时电压电压和和电流的波形电流的波形uC()=UouC,i,uRiuC第二节 第二节 RC RC电路的瞬态过程 电路的瞬态过程25第25 页，本讲稿共72

16、页单位单位:SS(秒秒)（11）量纲量纲（三）时间常数（三）时间常数 时间常数 决定电路暂态过程变化的快慢第二节 第二节 RC RC电路的瞬态过程 电路的瞬态过程26第26 页，本讲稿共72 页电容初始电压一定时电容初始电压一定时C 初始储能初始储能多多放电时间放电时间长长 衰减慢衰减慢R UUCC下降快下降快衰减慢衰减慢放电时间放电时间长长C（储能少储能少）衰减快衰减快R（电流大电流大）（22）物理意义物理意义 通过改变元件参数通过改变元件参数R、C的值，调节动态电路过渡过程的长短电容的初始电压越高，电容的初始电压越高，是否放电时间越长？是否放电时间越长？第二节 第二节 RC RC电路的瞬态

17、过程 电路的瞬态过程27第27 页，本讲稿共72 页UU00.368UU0UU1UU20.368UU1uC(t0+)=0.368uC(t0)说明2uC C(t t)ol只由电路参数只由电路参数RR和和CC决定。决定。l无论无论如何变化如何变化，uuCC(tt)衰减的比例是一样的，衰减的比例是一样的，即：即：第二节 第二节 RC RC电路的瞬态过程 电路的瞬态过程28第28 页，本讲稿共72 页uC()=U0.632U1.1.不同时电容电压的波形不同时电容电压的波形uCo（四）时间常数（四）时间常数对对uC的影响影响 越大，越大，uC上升越慢，过程越长上升越慢，过程越长 1 2 3第二节 第二节

18、 RC RC电路的瞬态过程 电路的瞬态过程29第29 页，本讲稿共72 页2.2.u uC C 随时间变化的过程随时间变化的过程ucuC()=U0.632U0.632U0.865U0.950U0.982U0.993Uo110000.6320.6320.9500.9500.9820.9820.9930.993电容充电时电压的变化电容充电时电压的变化0.8650.865t第二节 第二节 RC RC电路的瞬态过程 电路的瞬态过程30第30 页，本讲稿共72 页结论:110000.6320.6320.9500.9500.9820.9820.9930.993电容充电时电压的变化电容充电时电压的变化0.8

19、650.865t 1.1.时间常数时间常数 的数值等于电容电压由初始值上升的数值等于电容电压由初始值上升到稳态值的到稳态值的63.2%63.2%所需的时间所需的时间。2.2.电压变化先快后慢，理论上只有当电压变化先快后慢，理论上只有当tt时，时，uuCC 才才达到稳态值，但达到稳态值，但工程上认为经过工程上认为经过时，充电过程基本结束时，充电过程基本结束。第二节 第二节 RC RC电路的瞬态过程 电路的瞬态过程31第31 页，本讲稿共72 页三、RCRC电路的放电过程电路的放电过程（一）求电压和（一）求电压和电流的值电流的值（三要素法）（三要素法）uuCC（00+）=UU00uuCC（）=0=

20、0由电路情况可知由电路情况可知C CR RuC S S+uR-i+-U+-第二节 第二节 RC RC电路的瞬态过程 电路的瞬态过程32第32 页，本讲稿共72 页ii（00+）=-=-UU00/RRuuCC（）=0=0uuRR（00+）=-=-UU00uuRR（）=0=0C CR RuC C+uRR-ii+-换路后的电路根据根据三要素三要素求求ii和和uuRR第二节 第二节 RC RC电路的瞬态过程 电路的瞬态过程33第33 页，本讲稿共72 页（二）（二）电容放电时电容放电时电压电压和和电流的波形电流的波形0.632U0-U-U00uC,i,uRo0.3680.368UU00UU00uuC

21、CiiuuR R相异：相异：初值，方向初值，方向相同：相同：衰减规律衰减规律当 时充、放电过程：充、放电过程：第二节 第二节 RC RC电路的瞬态过程 电路的瞬态过程34第34 页，本讲稿共72 页【例例5-2-15-2-1】图中所示电路中电容图中所示电路中电容CC未充电，在未充电，在 t t=0=0 瞬间将开关瞬间将开关SS闭合，试求电容电压的变化规闭合，试求电容电压的变化规律。律。C CUR R2 2+-uC+-S SR R1 1 解：解：如果电路中有多个电阻，计算时间常数如果电路中有多个电阻，计算时间常数比较复杂。可在换路后的电路中将储能元件支比较复杂。可在换路后的电路中将储能元件支路单

22、独划出，其余部分成为一个线性有源二端路单独划出，其余部分成为一个线性有源二端网络。网络。第二节 第二节 RC RC电路的瞬态过程 电路的瞬态过程35第35 页，本讲稿共72 页解：解：划出电容支路后的划出电容支路后的戴维宁等效电路戴维宁等效电路如图：如图：其内阻就是其内阻就是时时间常数间常数为：为：（11）初始值）初始值 uuCC（00+）=uuCC（00-）=0=0（22）稳态值）稳态值（33）时间常数）时间常数UR R2 2+-S S R R1 1第二节 第二节 RC RC电路的瞬态过程 电路的瞬态过程36第36 页，本讲稿共72 页uuCC()tOuCuuCC的波形图的波形图解：解：第二

23、节 第二节 RC RC电路的瞬态过程 电路的瞬态过程37第37 页，本讲稿共72 页归纳1.1.一阶电路：一阶电路：只含有一个储能元件的电路。只含有一个储能元件的电路。2.2.求解方法：求解方法：三要素法三要素法RCRC电路的过渡过程电路的过渡过程第二节 第二节 RC RC电路的瞬态过程 电路的瞬态过程初始值初始值-稳态值稳态值-时间常数时间常数-3.3.三要素法三要素法l一般形式一般形式（11）求初始值、稳态值、时间常数。）求初始值、稳态值、时间常数。（22）将求的结果代入一般形式。）将求的结果代入一般形式。（33）画出电压、电流随时间变化的曲线。）画出电压、电流随时间变化的曲线。l求解步骤

24、求解步骤38第38 页，本讲稿共72 页4.4.时间常数时间常数表示过渡过程的快慢。表示过渡过程的快慢。lRCRC电路充电过程电路充电过程越大，电容电压上升越慢，过程越长。越大，电容电压上升越慢，过程越长。lRCRC电路放电过程电路放电过程等于电容电压由初始值下降了总变化等于电容电压由初始值下降了总变化量的量的636322所需要的时间所需要的时间。工程上认为经过工程上认为经过 时，基本达到稳时，基本达到稳态，过渡过程结束。态，过渡过程结束。第二节 第二节 RC RC电路的瞬态过程 电路的瞬态过程39第39 页，本讲稿共72 页实验七实验七 RCRC充放电实验目的：实验目的：RC充放电电路的性质

25、。建立电路：1.取R、L组成串联电路。实验步骤：1.观察输入和输出的波形。2.2.改变RR和C的大小，再观察输 出波形。EDA实验 链接EDA73.在电路两端加方波信号。2.2.电阻和电容均可变。40第40 页，本讲稿共72 页EDA实验RC 充放电41第41 页，本讲稿共72 页结 论:R或C变大，充放电的时间变长。实验数据：RR=1k50%=1k50%RR=1=1F50%F50%RR=1k100%=1k100%RR=1=1F50%F50%RR=1k50%=1k50%RR=1=1F100%F100%42第42 页，本讲稿共72 页一、微分电路二、积分电路第43 页，本讲稿共72 页第三节 第

26、三节 微分电路与积分电路 微分电路与积分电路 微分电路与积分电路是应用微分电路与积分电路是应用RC RC 电路的实例，可电路的实例，可将输入的矩形波变换为尖脉冲或锯齿波。将输入的矩形波变换为尖脉冲或锯齿波。一、微分电路ttootpUt1t2uu11脉冲宽度脉冲宽度tpp=t2-tt11输出电压与输入电压的微分成正比的输出电压与输入电压的微分成正比的RCRC电路。电路。矩形脉冲矩形脉冲脉冲幅值脉冲幅值脉冲宽度脉冲宽度CR+_+_+_（一）条件（一）条件44第44 页，本讲稿共72 页第三节 第三节 微分电路与积分电路 微分电路与积分电路tpUUTUt1t2otuu11otuu22=uuRRotu

27、uCC tt=tt11：电容充电，电容充电，uuCC由零按由零按指数规律上升，指数规律上升，uuRR按指数规按指数规律下降。律下降。CR+_+_S SA AB B假设假设UU为直流电压。为直流电压。（二）波形（二）波形 因因ttpp,电容很快充至电容很快充至稳态值稳态值UU。输出电压为。输出电压为一正尖脉冲，脉冲宽度脉冲宽度ttpp比比ttpp窄窄。正尖正尖脉冲脉冲矩形矩形脉冲脉冲RCRC微分电路波形图微分电路波形图45第45 页，本讲稿共72 页第三节 第三节 微分电路与积分电路 微分电路与积分电路 tt=tt22：电容放电，电容放电，uuCC由初始由初始值按指数规律衰减。值按指数规律衰减。

28、uuRR按指数按指数规律上升。规律上升。CR+_+_S SA AB B 因因ttpp,电容很快放至电容很快放至稳态值零。输出电压为一稳态值零。输出电压为一负尖脉冲。尖脉冲。若输入周期性矩形脉冲，输出若输入周期性矩形脉冲，输出电压为周期性的正负尖脉冲。电压为周期性的正负尖脉冲。负尖负尖脉冲脉冲tpUUTU-Ut1t2otuu11otuu22=uuRRotuuCC矩形矩形脉冲脉冲46第46 页，本讲稿共72 页 当时间常数当时间常数很小时，电容充放电很快，电很小时，电容充放电很快，电容电压与输入电压基本平衡。容电压与输入电压基本平衡。R R很小 很小u u2 2=u=uR R很小 很小 输出电压与

29、输入电压的微分成正比输出电压与输入电压的微分成正比第三节 第三节 微分电路与积分电路 微分电路与积分电路（三）（三）输出电压与输入电压输出电压与输入电压关系关系CR+_+_+_47第47 页，本讲稿共72 页第三节 第三节 微分电路与积分电路 微分电路与积分电路二、二、积分电路矩形脉冲矩形脉冲输出电压与输入电压的积分成正比的输出电压与输入电压的积分成正比的RCRC电路。电路。CR+_+_（一）条件（一）条件输出电压从电容两端取出。输出电压从电容两端取出。48第48 页，本讲稿共72 页第三节 第三节 微分电路与积分电路 微分电路与积分电路tUotpt1t2uu11touu22=uuCCRCRC

30、积分电路波形图积分电路波形图 t t=tt11：电容充电，电容充电，uuCC由零按由零按指数规律指数规律上升，上升，很大，充电很大，充电很慢，很慢，uu22远未达到稳态远未达到稳态UU时，时，脉冲就终止了。脉冲就终止了。t t=tt22：电容放电，电容放电，uuCC按指按指数规律数规律下降，下降，很大，放电很很大，放电很慢，远未衰减完时，第二个慢，远未衰减完时，第二个脉冲就到了。脉冲就到了。锯齿波锯齿波脉冲脉冲（二）波形（二）波形CR+_+_ 曲线起始阶段，曲线起始阶段，近似直线 近似直线49第49 页，本讲稿共72 页 当时间常数当时间常数很大时，电容充很大时，电容充放电缓慢，可认为电阻端电

31、压放电缓慢，可认为电阻端电压基本上就是输入电压。基本上就是输入电压。uuCC很小很小 输出电压与输入电压的积分成正比输出电压与输入电压的积分成正比第三节 第三节 微分电路与积分电路 微分电路与积分电路（三）（三）输出电压与输入电压输出电压与输入电压关系关系CR+_+_50第50 页，本讲稿共72 页第三节 第三节 微分电路与积分电路 微分电路与积分电路归纳 2.2.ttPP时时，CC充、放电都很慢，充、放电都很慢，uuCC波形接近三波形接近三角形，角形，uuCC近似为近似为uu11的积分。的积分。通常称这种通常称这种ttPP，且，且从从CC上输出的电路为上输出的电路为“积分电路积分电路”。1.

32、ttPP时时，CC的充、放电都很快，的充、放电都很快，uuCC波形近似波形近似为脉冲波，为脉冲波，uuRR=uu11-uuCC，所以，所以uuRR的波形近似为双向的波形近似为双向尖脉冲，近似为尖脉冲，近似为uu11的微分，的微分，越小，脉冲越尖。越小，脉冲越尖。通常称这种通常称这种ttPP，且从，且从RR上输出的电路为上输出的电路为“微分微分电路电路”。微分电路与积分电路微分电路与积分电路51第51 页，本讲稿共72 页第四节 RL电路的瞬态过程 一、RL电路与直流电压接通二、RL电路的短接三、RL电路的断开第52 页，本讲稿共72 页一、RL电路与直流电压接通第四节 第四节 RL RL电路的

33、瞬态过程 电路的瞬态过程 tt=0=0时，开关时，开关SS闭闭合，电感合，电感LL通过电阻通过电阻RR与直流电压与直流电压UU接接接接通。通。iUR R R-L LuL+-S S+-U（一）求电压和（一）求电压和电流的值电流的值（三要素法）（三要素法）RLRL电路的时间常数：电路的时间常数：53第53 页，本讲稿共72 页第四节 第四节 RL RL电路的瞬态过程 电路的瞬态过程54第54 页，本讲稿共72 页ii()()0.6320.632ii()()通过改变元件参数通过改变元件参数RR、LL的值，调节动态电路过的值，调节动态电路过渡过程时间的长短渡过程时间的长短tOi（二）（二）RLRL电路

34、与直流电压接通时的电流波形电路与直流电压接通时的电流波形l 越大，曲线变化越慢，过渡过程的时间越长。越大，曲线变化越慢，过渡过程的时间越长。l经过经过3 53 5 时时,电路基本达到稳态。电路基本达到稳态。l的的数值等于电敢电流由初始值上升到稳态值的数值等于电敢电流由初始值上升到稳态值的63.2%63.2%所需的时间。所需的时间。第四节 第四节 RL RL电路的瞬态过程 电路的瞬态过程55第55 页，本讲稿共72 页二、RL电路的短接 当电路中的电流当电路中的电流达到某一数值达到某一数值 II00，在在 tt=0=0 时将时将 RL RL 电电路短接。路短接。UR R R-L LuL+-S S

35、+-Ui（一）电感电流（一）电感电流 ii(三要素法三要素法)第四节 第四节 RL RL电路的瞬态过程 电路的瞬态过程56第56 页，本讲稿共72 页 1.1.确定初始值确定初始值 2.2.确定稳态值确定稳态值 3.3.确定电路的时间常数确定电路的时间常数（二）电感电压（二）电感电压 uuLL第四节 第四节 RL RL电路的瞬态过程 电路的瞬态过程57第57 页，本讲稿共72 页（三）电阻电压（三）电阻电压 uuRR（四）（四）RLRL电路短接时的电流波形电路短接时的电流波形0.3680.368II00II000.6320.632II00tOi第四节 第四节 RL RL电路的瞬态过程 电路的瞬

36、态过程58第58 页，本讲稿共72 页三、RLRL电路的断开切断开关切断开关SS电流变化率大电流变化率大电感两端自感电动势高电感两端自感电动势高R RUL LS S+-RLRL 电路电路断开瞬断开瞬间的电路模型间的电路模型eeLL-+-UR RiL（一）可能产生的现象（一）可能产生的现象开关开关SS断开断开处的电阻处的电阻R R 自感电动自感电动势，相当一势，相当一个电压源个电压源由楞次定律由楞次定律可知极性可知极性第四节 第四节 RL RL电路的瞬态过程 电路的瞬态过程59第59 页，本讲稿共72 页 SS断开后断开后，iiLL总是从初始值总是从初始值U/RU/R按指数规律下降按指数规律下降

37、的，此电流通过开关的，此电流通过开关SS断开处的初始压降为断开处的初始压降为。由由于于RRRR，故开关断开处的电压很高故开关断开处的电压很高。（二）（二）开关开关 S S 断开后电流变化规律断开后电流变化规律 危害：危害：开关两触点间击穿，形成火花或电弧，开关两触点间击穿，形成火花或电弧，延缓了电路的断开，还会烧毁开关触头。延缓了电路的断开，还会烧毁开关触头。第四节 第四节 RL RL电路的瞬态过程 电路的瞬态过程60第60 页，本讲稿共72 页(三）三）解决措施解决措施并联续流二极管并联续流二极管i 采取接入二极管的方法。当开关采取接入二极管的方法。当开关SS断开时，断开时，二极管提供了一条

38、通路，使电流二极管提供了一条通路，使电流ii缓慢衰减，从缓慢衰减，从而避免了高而避免了高电电压的产生。压的产生。UR R R-L LuL+-S S+-UiD D电感两端电压初始值不高。电感两端电压初始值不高。RR二极二极管正向电阻。管正向电阻。(RRRR)第四节 第四节 RL RL电路的瞬态过程 电路的瞬态过程61第61 页，本讲稿共72 页归纳1.1.RLRL电路与直流电压接通电路与直流电压接通RLRL电路的过渡过程电路的过渡过程第四节 第四节 RL RL电路的瞬态过程 电路的瞬态过程62第62 页，本讲稿共72 页3.3.RLRL电路的断开电路的断开开关处会产生火花或电弧，应在电感两端开关

39、处会产生火花或电弧，应在电感两端并联续流二极管。并联续流二极管。2.2.RLRL电路的短接电路的短接第四节 第四节 RL RL电路的瞬态过程 电路的瞬态过程63第63 页，本讲稿共72 页第64 页，本讲稿共72 页一、知识结构图瞬态过程定义瞬态过程定义产生原因产生原因换路定则换路定则uuCC(0(0+)=)=uuCC(0-)(0-)iiLL(0(0+)=)=iiLL(0-)(0-)时间常数时间常数=RCRC，=1/=1/RR,物理意物理意义义电电路路的的瞬瞬态态过过程程一阶一阶电路定义电路定义三要素法：三要素法：初始、稳态值、时间常数初始、稳态值、时间常数RCRC电路的充电过程电路的充电过程

40、RCRC电路的放电过程电路的放电过程基基本本概概念念RRCC电电路路65第65 页，本讲稿共72 页RLRL电路与直流电压接通电路与直流电压接通RLRL电路的短接电路的短接RLRL电路的断开电路的断开防高电压的措施：防高电压的措施：并联续流二极管并联续流二极管电电路路的的瞬瞬态态过过程程微分电路定义：微分电路定义：输出电压与输入输出电压与输入电压的微分成正比电压的微分成正比微分电路波形图微分电路波形图积分电路定义：积分电路定义：输出电压与输入输出电压与输入电压的积分成正比电压的积分成正比RRLL电电路路微微、积积分分电电路路积分电路波形图积分电路波形图66第66 页，本讲稿共72 页1.1.电

41、路的瞬态过程电路的瞬态过程（一）瞬态过程的概念（一）瞬态过程的概念含有储能元件（含有储能元件（LL、CC）的电路，从一种稳定）的电路，从一种稳定状态变换到另一种稳定状态需要一段时间，这状态变换到另一种稳定状态需要一段时间，这个过程是电路的瞬态过程。个过程是电路的瞬态过程。2.2.产生过程的原因产生过程的原因换路定律数学表达式是换路定律数学表达式是能量不能跃变。能量不能跃变。3.3.电路换路时的初始值可由换路定律来确定电路换路时的初始值可由换路定律来确定二、需掌握的知识要点67第67 页，本讲稿共72 页（二）瞬态过程的电压、电流求解（二）瞬态过程的电压、电流求解1.1.RCRC、RLRL电路是

42、只含有一个储能元件的一阶电路电路是只含有一个储能元件的一阶电路三要素法计算公式三要素法计算公式3.时间常数决定瞬态过程的长短决定瞬态过程的长短2.2.求其瞬态过程的电压和电流用三要素法。求其瞬态过程的电压和电流用三要素法。时间常数单位时间常数单位ss，它表示由初始值到稳态值达到它表示由初始值到稳态值达到总变化量的总变化量的63.2%63.2%所需的时间所需的时间。当当tt=(3=(35)5)时，即可认为电路达到了稳态。时，即可认为电路达到了稳态。在在RCRC电路中，电路中，RCRC。在在RLRL电路中电路中，L/RL/R。68第68 页，本讲稿共72 页（三）微分电路和积分电路（三）微分电路和

43、积分电路1.1.RCRC电路常用作微分电路、积分电路电路常用作微分电路、积分电路2.2.微分电路微分电路从电阻端输出，须满足从电阻端输出，须满足ttPP，能将能将矩形波转换成三角波矩形波转换成三角波。69第69 页，本讲稿共72 页第70 页，本讲稿共72 页 为了方便各位老师根据不同的教学风格修改课件，这里将一部分自行制作的素材库附上。说 明 素材库包括：元器件、电路符号、各种变量、波形、圆点标记等。71第71 页，本讲稿共72 页+VCCCVBBRRLui+u+讨论附件：素材库usu+_+_+_复习 Z ZL L i1I2n1PNM M3 3 L3L1L2IaX400 X400T300 T300US3+E+_+链接EDA3【例例10-2-910-2-9】II11II2 2回路方向ii1172第72 页，本讲稿共72 页