动态电路的瞬态分析课件.ppt

1、下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 稳定状态：稳定状态：在指定条件下电路中电压、电流已达到稳定值。在指定条件下电路中电压、电流已达到稳定值。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页电流电流 i 随电压随电压 u 比例变化。比例变化。合合S后：后：所以电阻电路不存在所以电阻电路不存在过程过程(R耗能元件耗能元件)。图图(a)：合合S前：前：00322 RRuuuiIO(a)S+-R3R22+-i下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返

2、回上一页上一页 CuC(b)+-SR,0 Ci0 CuU暂态暂态稳态稳态otCu下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 L储能：储能：221LLLiW 换路换路:不能突变不能突变Cu不不能能突突变变Li C 储能：储能：221CCCuW 由于物体所具有的能量不能跃变而造成。由于物体所具有的能量不能跃变而造成。若若cu发生突变，发生突变，dtduiCC不可能！不可能！一般电路一般电路则则下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页)0()0(CCuu注：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 uC、iL初始值。初始值。设

3、：设：t=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=0-表示换路前的终了瞬间表示换路前的终了瞬间 t=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）)0()0(LL 下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页)0(),0(LCiu0000)(,)(LCiu0)0()0(CCuu0)0()0(LL U+-下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页00)(Cu,00)(L,RUC)()(001 )0)0(C 0)0(2 uUuuL )0()0(1)0)0(LuiC、uL 产

4、生突变产生突变(2)由由t=0+电路，求其余各电流、电压的初始值电路，求其余各电流、电压的初始值U+-iL(0+)U iC(0+)uC(0+)uL(0+)_u2(0+)u1(0+)i1(0+)R1+_+-t=0+等效电路等效电路下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页解：解：(1)由由t=0-电路求电路求 uC(0)、iL(0)换路前电路已处于稳态：换路前电路已处于稳态：电容元件视为开路；电容元件视为开路；电感元件视为短路。电感元件视为短路。由由t=0-电路可求得：电路可求得：A144442444)0(3131311 URRRRRURRRiL+_t=0-等效电路等效电路+_+

5、_+_+_下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页V414)0()0(3 LCiRu解：解：A1)0()1(Li+_+_t=0-等效电路等效电路由换路定则：由换路定则：V4)0()0(CCuuA1)0()0(LLii+_+_下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页解：解：(2)由由t=0+电路求电路求 iC(0+)、uL(0+)由图可列出由图可列出)0()0()0(2 CCuiRiRU)0()0()0(LCiii带入数据带入数据4)0(4)0(28 Cii1)0()0(Cii+_+_t=0+时等效电路时等效电路4V1A+_+_下一页下一页总目录总目录 章目录

6、章目录返回返回上一页上一页t=0+时等效电路时等效电路4V1A+_+_解：解：解之得解之得 A31)0(Ci并可求出并可求出)0()0()0()0(32 LCCLiRuiRuV311144314 +_+_下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页电量电量A/LiA/CiV/CuV/Lu 0t 0t41103104311LCiu、LCui、+_+_下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 电容电容 C 视视为开路为开路,电感电感L视为短路，即求解直流电阻性电路视为短路，即求解直流电阻性电路中的电压和电流。

7、中的电压和电流。V555510)(Cu6666)(LimA3 2.稳态值的计算稳态值的计算uC+-t=0C10V 1 FS例：例：5k+-Lit=03 6 6 6mAS下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页1.经典法经典法:根据激励根据激励(电源电压或电流电源电压或电流)，通过求解，通过求解电路的微分方程得出电路的响应电路的微分方程得出电路的响应(电压和电流电压和电流)。2.三要素法三要素法初始值初始值稳态值稳态值时间常数时间常数求求（三要素）（三要素）下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 全响应全响应:既有电源激励（既有电源激励（输输入信号不为零）入

8、信号不为零）,且电容元件的且电容元件的初始储能不为零的电路响应。初始储能不为零的电路响应。图示电路图示电路换路前电路已处稳态换路前电路已处稳态 0)0(UuC uC(0-)=U0sRUS+_C+_i0tuC1.电容电压电容电压 uC 的变化规律的变化规律(t 0)代入上式得代入上式得SCCUutuRC ddtuCCCdd RuR (1)列列 KVL方程方程SCRUuu CCCuutu)(一阶常系数非齐一阶常系数非齐次线性微分方程次线性微分方程UStu阶跃电压阶跃电压O下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页求特解求特解 ：CuSCCUutuRC ddKdtdKRCUKuSC

9、,代代入入方方程程设设：SCUu Cu tAUuuuSCCC e0dd CCutuRC通解即：通解即：的解的解）（令令RC RCtptAAuC ee其其解解：0)0(UuC 根据换路定则在根据换路定则在 t=0+时，时，SUUA 0则则稳态分量稳态分量暂态分量暂态分量下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页)0()e()(0c tRCtUUUtuSS0 edd0 ttRUUtuCisCC CuUsCiRUUS0 tuiRCtUURiuSCR e)(0RC 令令:0U0UUS Ru下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页电阻电压：电阻电压：RCtURiuCR

10、e0RCtRUtuCiCC e0dd放电电流放电电流RCtUuC e0 CuCiRutO2.、CiCuRu 零输入响应零输入响应:电源激励为零，（电源激励为零，（输入信号为零）输入信号为零）,仅仅由电容元件的初始储能不为零的电路响应。由电容元件的初始储能不为零的电路响应。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页0.368U023Cu 1U0 teURCteUuC 00321 t0uc010008.36UUuC e t当当 时时008.36 时间常数时间常数等于电压等于电压Cu衰减到初始值衰减到初始值U0 的的所需的时间。所需的时间。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返

11、回上一页上一页当当0Cu t0Cu)53(t Cu0.368U 0.135U 0.050U 0.018U 0.007U 0.002U 2 3 4 6 51e 2e 3e 4e 5e 6e t e t e下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页)0()()e1e1(ttRCtSCUsUu RCtCsUsUu e 暂态分量暂态分量稳态分量稳态分量电路达到电路达到稳定状态稳定状态时的电压时的电压-UCu Cu+UCu仅存在仅存在于暂态于暂态过程中过程中 63.2%Us-36.8%UstCuo零状态响应零状态响应:储能元件的初始能量为零，储能元件的初始能量为零，仅由电源仅由电源激励所

12、产生的电路的响应。激励所产生的电路的响应。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页CuCiCiCutCuCi当当 t=时时UeUuSC%2.63)1()(1 )e1(RCtUuSC 0 edd ttRUtuCiSCC US RU下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页US0.632US1 2 3 321 Cu0Cu 2 6 4 5 3tCuO下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页)0()e1(e0 tRCtURCtUuSC)0()e(0 tRCtUUUSS稳态分量稳态分量零输入响应零输入响应零状态响应零状态响应暂态分量暂态分量全响应全响应

13、稳态值稳态值初始值初始值下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页SCUu )(稳态解稳态解初始值初始值0)0()0(UuuCC tSSCUUUu e)(0RCtCCCCuuuu e)()0()(uC(0-)=UosRUS+_C+_i0tuc下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页)(tf-)(f稳态值稳态值-)0(f-tffftf e)()0()()(利用求三要素的方法求解暂态过程，称为利用求三要素的方法求解暂态过程，称为三要素法三要素法)0(f)(f下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页)0(ft)(tfO)(f)0(f0)0()a(f

14、0)0()b(f0)()c(ft)(tfOt)(tfO)(f0)()d(ft)(tfO)0(f)(f下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页)(f)0(f(1)求初始值、稳态值、时间常数；求初始值、稳态值、时间常数；(3)画出暂态电路电压、电流随时间变化的曲线。画出暂态电路电压、电流随时间变化的曲线。(2)将求得的三要素结果代入暂态过程通用表达式；将求得的三要素结果代入暂态过程通用表达式；)0()0()(6320 fff.tf(t)O下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页1)由由t=0-电路求电路求)0()0(LCiu、2)根据换路定则求出根据换路定则求出

15、)0()0()0()0(LLCCiiuu3)由由t=0+时时的电路，求所需其它各量的的电路，求所需其它各量的)0(i)0(u或或电容元件视为短路。电容元件视为短路。;0U其值等于其值等于，若若 0)0(Cu(1)若若，0)0(0 UuC电容元件用恒压源代替，电容元件用恒压源代替，0 )0(0 IiL0)0(Li若若其值等于其值等于I0,电感元件视为开路。电感元件视为开路。(2)若若 ,电感元件用恒流源代替电感元件用恒流源代替，注意：注意：)0(f 初始值初始值 的计算的计算 下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页CR0 0RL 注意：注意：若不画若不画 t=(0+)的等效电

16、路，则在所列的等效电路，则在所列 t=0+时时的方程中应有的方程中应有 uC=uC(0+)、iL=iL(0+)。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页R03210)/(RRRR U0+-CR0CR0 R1U+-t=0CR2R3SR1R2R3下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页解：解：teuuuuCCCC )()0()(cuCi2i电路如图，电路如图，t=0时合上开关时合上开关S，合，合S前电路已处于前电路已处于稳态。试求电容电压稳态。试求电容电压 和电流和电流 、。)0(CuV54106109)0(33 CuV54)0()0(CCuut=0-等效电路等

17、效电路)0(Cu9mA+-6k RS9mA6k 2 F3k t=0Ci2iCu+-C R下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页)(cu由换路后电路求稳态值由换路后电路求稳态值)(cuV18103636109)(33 Cus3630104102103636 CR)(Cut 电路电路9mA+-6k R 3k t=0-等效电路等效电路)0(Cu9mA+-6k R下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页V54)0(CuV18)(Cus3104 Ve3618e)1854(182503104ttCu ttuCiCC250e)250(36102dd6 Ae018.0t2

18、50 18V54VtCuO下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 tCCCCiiii e)()0()(也可用三要素法求也可用三要素法求Ci0)(CimAe126250t 32103)()(tutiCmAe18)(250ttiC mA181025418)0(3 Ci54V18V2k)0(Ci+-S9mA6k 2 F3k t=0Ci2iCu+-C R3k 6k)0(Ci+-54 V9mAt=0+等效电路等效电路下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页例例2：由由t=0-时电路时电路解：解：V333216)0(Cu求初始值求初始值)0(CuV3)0()0(CCu

19、u+-St=0C F56V1 2 Cu3 2 1+-)0(Cut=0-等效电路等效电路1 2 6V3)0(i+-下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页Ve35107.1t t66103e0 tCCCCUuuutu e)()0()()(s6600161053232 CR 求时间常数求时间常数由右图电路可求得由右图电路可求得求稳态值求稳态值 Cu 0 Cu+-St=0C F56V1 2 Cu3 2 1+-Cf 52 Cu3 21+-下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页tuCtiCCdd)(A3510712t.eu)t(iC Ciiti 21)(tt5107

20、.15107.1e5.2e A5107.1e5.1t (、关联关联)CCiuAe5.25107.1t +-St=0C F56V1 2 Cu3 2 1+-下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页p)1(tRC 1uTtU0tpV0)0(_ CuCR1u2u+_+_iCu+_下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页21uuuC 很很小小，很很小小时时当当RuuR 2Cuu 1tuRCRiuCCdd2 tuRCdd1 由公式可知由公式可知 输出电压近似与输入电输出电压近似与输入电压对时间的微分成正比。压对时间的微分成正比。1utt1UtpOt2uOV0)0(_ C

21、uCR1u2u+_+_iCu+_下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页不同不同时的时的u2波形波形UT2T2utUUT2Tt2u2TTtU2u2TTUtT/21utptCuT2TCR1u2u+_+_iCu+_下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页;p)1(tRC RiuuuuRR 21Rui1)(pt 输出电压与输入电输出电压与输入电压近似成积分关系。压近似成积分关系。2.分析分析1uTtU0tptuRCtiCuuCd1d112 V0)0(_ CuCR1u2u+_+_iRu+_下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页t2Utt12utt

22、2t1U2utt2t1U 用作示波器的扫描锯齿波电压用作示波器的扫描锯齿波电压u1下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页Li tLLLLiiii e)()0()()0(LiRUiiLL )0()0(0)(Li 2)确定稳态值确定稳态值)(Li RL tLRtLRLRURUi ee)0(0RuLuU+-SRL21t=0Li+-+-下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页tLRUtiLuL eddtLRURiuL eRLiOtRuOutLutLRRUiL eRU-UURU%8.36RuLuU+-SRL21t=0Li+-+-下一页下一页总目录总目录 章目录章目录

23、返回返回上一页上一页 tiLeuLLddRUiL )0(0)0(LiRUiiLL )0()0(表表表表表表RRURiVL )0()0(RuLuU+-SRL21t=0Li+-+-RuLuU+-SRL21t=0Li+-+-V下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页R VDRuLuUSRL21t=0Li+-+-R RuLuUSRL21t=0Li+-+-下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 图示电路中图示电路中,RL是发电机是发电机的励磁绕组，已知的励磁绕组，已知:US=10V,L=1mH，R=10，电压表的，电压表的量程为量程为30V30V，内阻，内阻RV=1

24、.5k,在在t t=0=0时开关时开关S S断开断开,断开前电路已断开前电路已处于稳态。处于稳态。试求开关断开后电试求开关断开后电压表两端的初始值。压表两端的初始值。USLRRV1S2i+_VA110V10)0(RUisA1)0()0(LLii下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页V1500)0()0(V iRuRLSHRRLV631066.0)150010(10 由此可见在换路瞬间，电压表两端出现了由此可见在换路瞬间，电压表两端出现了1.5kV的高电压，尽管过渡时间很短，也可能把电压的高电压，尽管过渡时间很短，也可能把电压表击穿或把表针打弯，故在开关拉开前必须将表击穿或把

25、表针打弯，故在开关拉开前必须将表去掉。表去掉。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 tLLLLiiii e)()0()(Li)e1()0(tLRtLRRUeRURUiL RUiL )(0)0()0(LLiiRL )0)0(0(LiULuU+-SRLt=0LiRu+-+-下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页tLRtLUUdtdiLu ee)e1(tLRLRURiu RuLiLuRuOutLuULiOtRU)e1(tLRLRUi 下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页)0)0(0(LiULi tLLLLiiii e)()0()(A2.

26、16412)0()0(21 RRUiiLL+-R2R14 6 U12V)0(LiLit=012V+-R1LS)(ti1HU6 R23 4 R3)(tu+-下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页A2 32321)(RRRRRUiL s6132321RRRRRL 0RL ttLi66e8.02e)22.1(2 )0(t)(Li)(u12V+-R1LSU6 R23 4 R3+-R1L6 R23 4 R31H下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页)e8.02(36366tu )0(Ve6.146 ttu tuuuu e)()0()(32.1366)0(Ru V4

27、.232.132 )(tu33223RiRRRiRuL )0(u+-R11.2AU6 R23 4 R3t=0+等效电路等效电路+-下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页sRL610 V43296 3322)()(RiRRRuL )0(ttu6e)44.2(4 Ve6.146t 21.2tA/LiOLi变化曲线变化曲线Ae8.026tLi uVe6.146tu 42.4t/Vu0)(u+-R1U6 R23 4 R3t=时时等效电路等效电路+-下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页A23212)0(LiA2)0()0(LLii用三要素法求解用三要素法求解解解

28、:。和和电电压压LLui例例:t=0等效电路等效电路Li2 1 3AR12 由由t=0等效电路可求得等效电路可求得t=03ALuR3IS2 1 1H_+LSR2R12 Li下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页t=03ALuR3IS2 1 1H_+LSR2R12 由由t=0+等效电路可求得等效电路可求得V4)12222()0()0(LLiuA2)0()0(LLii (2)求稳态值求稳态值)()(LLui和和t=0+等效电路等效电路2 1 2AR12 Lu+_R3R2t=等效电路等效电路2 1 2 LiR1R3R2V0)(Li由由t=等效电路可求得等效电路可求得V0)(Lu下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页(3)求时间常数求时间常数s5.0210 RL 3210/RRRR t=03ALuR3IS2 1 1H_+LSR2R12 2 1 R12 R3R2LVe4)04(022ettLu Ae2e)02(022ttLi 起始值起始值-4V稳态值稳态值2ALu0Li,t