电工与电子技术全册配套完整课件.ppt

1、电工与电子技术全册配套电工与电子技术全册配套完整课件完整课件1.1 1.1 电路与电路模型电路与电路模型 1.2 1.2 电压和电流的参考方向电压和电流的参考方向1.3 1.3 基尔霍夫定律基尔霍夫定律1.4 1.4 电阻的串联与并联电阻的串联与并联1.5 1.5 电源有载工作、开路与短路电源有载工作、开路与短路1.6 1.6 电路的基本分析方法电路的基本分析方法 支路电流法支路电流法 电压源与电流源的等效变换电压源与电流源的等效变换 叠加定理叠加定理 戴维南定理戴维南定理 电流通路电流通路电路电路电源电源负负载载中间环节中间环节1.1.1 1.1.1 电路电路（circuit）电路的定义？电

2、路的定义？电路的组成？电路的组成？电路的作用？电路的作用？信号源信号源or电源电源:提供提供电能的装置电能的装置负载负载:取用取用电能的装置电能的装置中间环节：中间环节：传递、分传递、分配和控制电能的作用配和控制电能的作用发电机发电机升压升压变压器变压器降压降压变压器变压器电灯电灯电动机电动机电炉电炉.输电线输电线中间环节：中间环节：放大、调谐、检波等放大、调谐、检波等负载负载信号源信号源:提供信息提供信息放放大大器器扬声器扬声器话筒话筒1.1.21.1.2电路模型电路模型i实际的电路是由一些按需要起不同作用的元件或器实际的电路是由一些按需要起不同作用的元件或器件所组成，如发电机、变压器、电动

3、机、电池、电阻器件所组成，如发电机、变压器、电动机、电池、电阻器等，它们的电磁性质是很复杂的。等，它们的电磁性质是很复杂的。例如：一个白炽灯在有电流通过时例如：一个白炽灯在有电流通过时R R 消耗电消耗电能能( (电阻性）电阻性）产生产生磁场磁场储存磁场能量储存磁场能量( (电感性）电感性）忽略忽略L为了便于分析与计算实际电路，在一定条件下常忽为了便于分析与计算实际电路，在一定条件下常忽略实际部件的次要因素而突出其主要电磁性质，把它看略实际部件的次要因素而突出其主要电磁性质，把它看成成理想电路元件理想电路元件。L电源电源负载负载连接导线连接导线电路实体电路实体电路模型电路模型用用理想理想电路元

4、件组成的电路，称为实际电路的电路元件组成的电路，称为实际电路的电路模型电路模型。SER +R0开关开关物理量物理量实实 际际 方方 向向电流电流 I正电荷运动的方向正电荷运动的方向电动势电动势E( (电位升高的方向电位升高的方向) )电压电压 U( (电位降低的方向电位降低的方向) )高电位高电位 低电位低电位单单 位位kA、A、mA、A低电位低电位 高电位高电位kV、V、mV、VkV、V、mV、V电流：电流：Uab 双下标双下标电压：电压：IE+_在分析与计算电路时，对在分析与计算电路时，对电量任意假定的方向。电量任意假定的方向。Iab 双下标双下标aRb箭箭标标abRI正负极性正负极性+a

5、bU U+_实际方向与参考方向实际方向与参考方向一致一致，电流，电流(或电压或电压)值为值为正值正值；实际方向与参考方向实际方向与参考方向相反相反，电流，电流(或电压或电压)值为值为负值负值。注意：注意：若若I=5A，则电流从则电流从a流向流向b；例：例：若若I=5A，则电流从，则电流从b流向流向a。abRI 在复杂电路中难于预先判断某段电路在复杂电路中难于预先判断某段电路中电流的实际方向，影响电路求解。中电流的实际方向，影响电路求解。问题：问题：电流方向电流方向b ba a, ,a ab?b?abR5R2R1R3R4R6+ + +E1E2为什么要引入参考方向为什么要引入参考方向? ?在解题前

6、在解题前先任意选定一个方向先任意选定一个方向，作为参考，作为参考方向；依此方向，根据电路定理、定律，方向；依此方向，根据电路定理、定律，列电路方程；将列电路方程；将U、I 的的代数值代入式中代数值代入式中进行分析计算；进行分析计算；解决方法解决方法:计算结果为正，实际方向与计算结果为正，实际方向与参考参考方向一致；方向一致；计算结果为负，实际方向与计算结果为负，实际方向与参考参考方向相反。方向相反。则则由由计算结果计算结果可确定可确定U、I 的实际方向的实际方向：例例I解：解：假定假定I 的的参考方向参考方向如图所示。如图所示。 则电路方程：则电路方程： EUUUURdbadabREURUIa

7、bREUUabR A1121 V1IU（实际方向与假设方向相反！）（实际方向与假设方向相反！）已知：已知：E = =2V2V, , R = =11问：当问：当Uab为为1V1V时，时，I = ?= ?E 欧姆定律欧姆定律Rabd小结小结 在解题前，一定要在图中先假定在解题前，一定要在图中先假定“参考参考方向方向”, ,然后再列方程求解。然后再列方程求解。缺少参考方缺少参考方向的物理量，其数值的含义不清向的物理量，其数值的含义不清。电位电位: :电路中某点的电位就等于该点与参考电路中某点的电位就等于该点与参考点之间的电压。点之间的电压。注：参考点的电位为零；参考点可任意选注：参考点的电位为零；参

8、考点可任意选定，但同一电路中只允许选一个定，但同一电路中只允许选一个参考点参考点。P4P4思考与练习思考与练习1.2.11.2.1电位电位例题例题1.2.11.2.1所示电路中开关所示电路中开关S S闭合和断开两种情况下闭合和断开两种情况下a a、b b、c c三点的电位。三点的电位。解：当开关解：当开关S S闭合时，闭合时，UaUa= 6 V= 6 V，UbUb=-3 V=-3 V，Uc Uc = 0 V= 0 V。 当开关当开关S S断开时，断开时，a a点的电位不变点的电位不变U U= 6 V= 6 V。 因为电路中无电流流过电阻因为电路中无电流流过电阻R R，UbUb = = UaUa

9、 = 6 V = 6 V。 c c点的电位比点的电位比b b点电位高点电位高3 V3 V，UcUc = 6 +3 = 9 V = 6 +3 = 9 V 物理学中的定义物理学中的定义：设电路任意两点间的电压为设电路任意两点间的电压为U、电流为、电流为I, ,则则这部分电路消耗的功率为：这部分电路消耗的功率为：(W) IUP如果参考方向不一致怎么办？如果参考方向不一致怎么办？功率有无正负？功率有无正负？问题：问题：功率功率IRUab+ -U、I参考方向参考方向不一致：不一致： U、I参考方向一致：参考方向一致： 功率的计算功率的计算IRUab+ -IRUab+ - (W)PU I (W) IUP将

10、将U、I 的的代数值代数值代入式中：代入式中： 若计算的结果若计算的结果P 0, ,则说明此部分则说明此部分电路吸收电路吸收 功率功率（消耗能量消耗能量）负载负载 。 若计算结果若计算结果P 0，电感吸收功率；电感吸收功率；当当u、 I 实际方向相反时实际方向相反时(i减小减小)p 0，电容吸收功率；电容吸收功率；当当u、 i 实际方向相反时实际方向相反时(u减小减小)p XC， 为正，电路中电压超前电流，电路呈电感性；为正，电路中电压超前电流，电路呈电感性；当当XL R时，时，UL 和和UC 都高于电源电压都高于电源电压U。如果。如果电压过高，可能会击穿电压过高，可能会击穿线圈和电容的绝缘。

11、因此，在电力系统中应避免发生串联谐振。而在无线电工程线圈和电容的绝缘。因此，在电力系统中应避免发生串联谐振。而在无线电工程中则用串联谐振以获得较高电压。中则用串联谐振以获得较高电压。 +L +uCRiuLuCuR + +CII 11sin 22221)2(LfRUXRUIL 22221)2(2sinLfRLfXRXLL CUfXUICC 2发生谐振时的相量图发生谐振时的相量图由相量图可得由相量图可得由于由于U I1ICI 1 LuCR +ii1iC2.6.2并联谐振并联谐振2.6.2并联谐振并联谐振通常线圈电阻通常线圈电阻R 很小，一般谐振时，很小，一般谐振时，1 U I1ICI LuCR +

12、ii1iC2 f0LR于是简化上式，得到谐振频率于是简化上式，得到谐振频率LCff 210CII 1IIIC 10 I 901 并联谐振具有下列特征：并联谐振具有下列特征：(1) 由于由于LfR02 故故(2) 电路对电源呈电阻性。电路对电源呈电阻性。(3) 支路电流可能会大于支路电流可能会大于总电流。所以并联谐总电流。所以并联谐振又称电流谐振。振又称电流谐振。2.7功率因数的提高功率因数的提高功率因数低引起的问题功率因数低引起的问题功率因数功率因数1电源设备的容量将不能充分利用电源设备的容量将不能充分利用2增加输电线路和发电机绕组的功率损耗增加输电线路和发电机绕组的功率损耗在在P、U 一定的

13、情况下，一定的情况下，cos 越低，越低，I 越大，损耗越大。越大，损耗越大。有功功率有功功率 P = UNIN cos 在电源在电源设备设备UN、IN一定一定的的情况下，情况下，cos 越低，越低，P 越小，越小，设备得不到充分利用。设备得不到充分利用。P = UI cos 电压与电流的相位电压与电流的相位差角差角(功率因数角功率因数角) 2222cos1)(UPrrIP I IC I1 U 1 iiCC电路功率因数低的原因电路功率因数低的原因感性负载的存在感性负载的存在提高功率因数的方法提高功率因数的方法并联电容后，电感性负载的工作状态没变，并联电容后，电感性负载的工作状态没变，但电源电压

14、与电路中总电流的相位差角减小，即但电源电压与电路中总电流的相位差角减小，即提高了电源或电网的功率因数。提高了电源或电网的功率因数。LuR +i1已知感性负载的功率及功率因数已知感性负载的功率及功率因数cos 1，若，若要求把电路功率因数提高到要求把电路功率因数提高到cos ，则所并联的，则所并联的电容电容C可可由相量图求得由相量图求得 sinsin11IIIC sin)cos(sin)cos(11UPUP )tan(tan1 UP又因又因CUXUICC 所以所以)tan(tan1 UPCU由此得由此得)tan(tan12UPC3210 10(tan53tan18 )F 656 F2 50 22

15、0C 536 . 0cos11 1895. 0cos 例例1有一电感性负载，有一电感性负载，P =10kW，功率因数，功率因数cos 1=0.6，接在电压，接在电压U =220V的电源上，电源频率的电源上，电源频率f =50Hz。(1)如果将功率因数提高到如果将功率因数提高到cos =0.95，试求与，试求与负载并联的电容器的电容值和电容并联前后的线路电流。负载并联的电容器的电容值和电容并联前后的线路电流。(2)如果将功率因数从如果将功率因数从0.95再提高到再提高到1，试问并联电容器的电容值还需增加多少？，试问并联电容器的电容值还需增加多少？解解(1)所需电容值为所需电容值为电容并联前线路电

16、流为电容并联前线路电流为A6 .75A6 . 02201010cos311 UPI电容并联后线路电流为电容并联后线路电流为A8 .47A95. 02201010cos3 UPI3210 10(tan18tan0 )F213.6 F250220C(2)若将功率因数从若将功率因数从0.95再提高到再提高到1，所需并联电容值为，所需并联电容值为 电工与电子技术第四章第四章 4.1 4.1 暂态过程与换路定则暂态过程与换路定则4.2 4.2 一阶电路的暂态过程一阶电路的暂态过程4.3 4.3 一阶线性电路的响应一阶线性电路的响应4.4 4.4 一阶线性电路暂态分析的三要素法一阶线性电路暂态分析的三要素

17、法 4.1 4.1 暂态过程与换路定则暂态过程与换路定则 概述概述什么是电路暂态呢 稳态：电路中的激励及响应均是恒定量或按某种周期规律变化。一、电路的“激励”与 “响应”二、电路的“稳态”与 “暂态”E暂态暂态（过渡）过程:旧稳态 新稳态 0ucEuctCu稳态电路的“稳态”与 “暂态”电路暂态如：RkE+_CCuit=0开关K合下电路处于稳态RE+_EuCC+ +_ _稳态电路的“稳态”与 “暂态”电路暂态又如：tLiEk+_RLit=0LER纯电阻电路:Et=0R+_IK无过渡过程It稳态暂态稳态电路的“稳态”与 “暂态” 电路中的 u、i会发生改变，从“旧稳态”值变化到“新稳态”值，这种

18、变化是不能瞬间完成的，需要一定的时间。这段时间称电路的暂态（过渡过程）。在电路处于暂态期间，u、i 处于暂时的不稳定状态。暂态：1）接通、断开电源，部分电路短路。对于有储能元件(L、C)的电路,当：2）电压或电路参数改变。换路二、电路中产生过渡过程的原因 储能元件C、L储存与释放能量需要一定的时间（一个过程-过渡过程）： 221CCCuW 电容C存储电场能量:CW不能突变Cu不能突变!电感L储存磁场能量:221LLLiWLiLW不能突变不能突变!电路中产生过渡过程的原因dtduCiCdtdiLuL若 、 能突变，则：CuLi 电源必须提供无穷大功率，而实际电源只能提供有限的功率。若一个电感元件

19、两端的电压为零，其储能是否也一定为零？若一个电容元件中的电流为零，其储能是否也一定为零？为什么？ 思考与练习4.2 4.2 换路定则换路定则)0()0(LLii)0()0(CCuu在换路瞬间不能突变。LCiu ,1. 换路定则t=0t=0+t=0-经典法00 设t =0时换路，换路前瞬间用t= 表示，换路后瞬间用t= 表示，t= 、t= 在数值上都等于零。00用数学式表示：tuc ,iL换路定理换路定理:在换路瞬间不能突变。LCiu ,说明：换路定理仅适用于换路瞬间，用以确定暂态过程的起始值。2. 换路起始值的确定步骤：1、由 时的电路求 。0t)(),(00iuLC0t)0()0(CCuu)

20、0()0(LLii2、根据 瞬间的电路，在应用换路定则求得 、 的条件下，求其它物理量的起始值。已知:HLKRVU1,1,20电压表内阻,500 KRV量程为50V。 t=0时,打开K。求: 打开K瞬间,电压表两端的电压。例1换路起始值的确定解:换路前：mARUiL20100020)0(大小,方向都不变)换路瞬间：mAiiLL20)0()0(ULKVRLi根据换路定理：)0()0(LLii注意: 实际使用中,电感两端要加续流二极管。mAiiLL20)0()0(VLVRiu)0()0(VU1000010500102033例1换路起始值的确定ULKVRLi换路瞬间VmAIS20R例2K在“1”处停

21、留已久LCuuiii,21换路后的起始值。求:0)0 (2i解:计算换路前)0 (),0 (LCiumARREii5 . 1)0 ()0 (11VRiuC3)0()0(11mAiL5 . 1)0(换路起始值的确定在t=0时，合向“2”。已知:换路前L短路,C开路。ER1+_RCu1iR2iE1K2K+_R 2KKt=0R2R1i1i2iCuLu6V21由换路定律，有:VuuCC3)0()0(mAiiLL5 . 1)0()0(VuC3)0 (mAiL5 . 1)0 (换路起始值的确定例2t=(0+)瞬间的等效电路2iE1K2K+_R2R1i1i3V1.5mAE1K2K+_R 2KKt=0R2R1

22、i1i2iCuLu6V21mAiiL5 . 1)0 ()0 (1mARuEiC3)0()0(22mAiii5 . 4)0 ()0 ()0 (21VRiEuL3)0()0(11换路起始值的确定例22iE1K2K+_R2R1i1i3V1.5mAt=(0+)瞬间的等效电路换路起始值的确定计算结果电量iLii 12iCuLu0t0tmA5 . 1mA5 . 4mA5 . 1mA5 . 10mA3V3V3V30例2E1K2K+_R 2KKt=0R2R1i1i2iCuLu6V21小结：换路起始值的确定1、 、 不能突变， 有可能突变，视具体电路而定。uciLuiuiLcRR,0t2、换路后 瞬间：相当于短

23、路0)0 ()0(Uuucc0U相当于数值为 的恒压源0)0()0(uucc相当于开路0I相当于数值为 的恒流源0)0 ()0(LLii0)0 ()0(IiiLL电容电感4.24.2一阶线性电路的暂态过程一阶线性电路的暂态过程 一阶线性电路的响应一阶线性电路的响应 一阶线性电路暂态分析的三要素法一阶线性电路暂态分析的三要素法一阶电路：指换路后用基尔霍夫定律所列的方程为一阶线性常微分方程的电路。一般一阶电路只含有一个储能元件。是在经典法的基础上总结出来的一种快捷的方法。只适用于一阶电路。分析方法三要素法经典法由列解微分方程，求未知量的时间函数式。1.1. 经典法经典法电路方程：dtduCiC一、

24、R-C 充电电路CCCuutu)(其解的形式为：CuRiECCudtduRCE求解电路微分方程 :EudtduRCCC：方程的特解。：对应的齐次CuCu称补函数。微分方程的解，也RkE+_CCuit=0R-C 充电电路经典法EudtduRCCCCCCuutu)(解为：具有与已知函数E相同的形式。1、特解 :CuEuC)(Cu即稳态时的值，用 表示。RkE+_CCuit=0)()(uEtuCC2、 :Cu0CCudtduRC是齐次微分方程 的通解。ptCAeuRCtCEetu)(RCP1EA经典法R-C 充电电路秒伏秒安安伏伏库安伏法欧RC是时间的单位。R-C电路的时间常数。RC定义：的大小反映

25、电路过渡过程时间的长短。RCtCEeEtu)(RC经典法单位：秒的大小与电路参数有关。过渡过程时间长！大R大:充电电流小C大:升高单位电压需要更多电荷理论上过渡过程需很长时间才能到达稳态， 实际 就可认为电路已进入稳态。)54(tRkE+_CCuit=0RCtCEeEtu)( 时间常数也可由波形图上求出，指数曲线上任意点的次切距的长度都等于 。0.632EtECut023456Cu00.632E 0.865E0.950E0.982E0.993E0.998ER-C电路的时间常数RC经典法R-C 充电电路经典法RCtCEeEtu)(RCteREti)()(ti0.632EECu4t1、电路方程:E

26、udtduRCCC解:RCtCCCEeEuutu )(小结：R-C充电电路)(Cu)(Cu(稳态分量，与电路的激励相同。在直流电路中, 为直流量,在交流电路中, 为交流量)特解 )(EuC)(CuRkE+_CCuit=0EudtduRCCC小结：R-C 充电电路通解:暂态分量,按e指数规律衰减的自由分量。CuRCtCCCEeEuutu )(形式ptAe,11RCp)()0(uuACC(时间常数) = RCA（利用起始值求得）= - ERkE+_CCuit=0tCCCCeuuutu)()0()()(小结：R-C 充电电路一般表达式：effftft)()0()()( 此式可推广用于任意只含一个储能

27、元件的一阶暂态电路，求变量随时间变化的规律。),0(),(ff 即只要求出“三要素” - 就可避开求解微分方程，直接写出过渡过程的解。4.2.1 一阶电路的零输入响应代入上式得0 CCudtduRCdtduCCC RuR 换路前电路已处稳态 UuC )0(t =0时开关, 电容C 经电阻R 放电1S一阶线性常系数 齐次微分方程1) 列 KVL方程0 CRuu1.电容电压 uC 的变化规律(t 0) 零输入响应: 无电源激励, 输入信号为零, 仅由电容元件的初始储能所产生的电路的响应。图示电路实质：RC电路的放电过程UuC )0(+-SRU21+ CiCu0 tRu+cRCP1 2) 解方程：0

28、 CCudtduRC01 RCP特征方程RCtAuC e可可得得时时，根根据据换换路路定定则则 , )0()0(Uutc UA RCtUuC e齐次微分方程的通解：0)0(e tCu tptAuCe: 通通解解电阻电压：RCtURiuCR eRCtRUdtduCiCC e放电电流RCtUuC e tCuCiRu3. 、 、 CiCuRu4. 时间常数2) 物理意义RC 令:1) 量纲SVSA UUeuc008 .361 t当 时RCtUtuCe)(008 .36 时间常数等于电压Cu衰减到初始值U 的所需的时间。0.368U23Cu 1U0RC tRCtUeUeuC 321t0uc当0Cu t

29、0Cu )53( t Cu0.368U0.135U0.050U0.018U0.007U0.002U 2 3 4 6 51e 2e 3e 4e 5e 6e t e te 零状态响应: 储能元件的初始能量为零， 仅由电源激励所产生的电路的响应。 000tUtuUtu阶跃电压uC (0 -) = 0sRU+_C+_i0tucUudtduRCCC 一阶线性常系数非齐次微分方程UuuCR CCCuutu )(即即1. uC的变化规律)(0t1) 列 KVL方程uC (0 -) = 0sRU+_C+_i0tuc求特解 ：CuUudtduRCCC UuUKC即即：解解得得：KdtdKRCUKuC, 代入方程

30、设：UutuCC)()(Cu tCCCAeUuuu 0 CCudtduRC通解即： 的解）（令令RC Cu求特解 - tCAeAeupt 其解：0)0( Cu根据换路定则在 t=0+时，UA 则则)0()() 11(ttRCteUeUuCRCtCUeUu 暂态分量稳态分量电路达到稳定状态时的电压tCu-UCu Cu+UCu仅存在于暂态过程中63.2%U-36.8%UCuCiCiCutCuCi当 t = 时：UeUuC%2 .63)1()(1 )1(RCteUuC0 teRUdtduCitcC URU3 .3 .3 RC电路的全响应1. uC 的变化规律 全响应: 电源激励、储能元件的初始能量均

31、不为零时，电路中的响应。根据叠加原理 全响应 = 零输入响应 + 零状态响应) 0()1( 0teUeUuRCtRCtCuC (0 -) = UosRU+_C+_i0tuc) 0()1(0 teUeUuRCtRCtC) 0()(0 teUUURCt稳态分量零输入响应(放电)零状态响应（充电）暂态分量全响应稳态值初始值U0.632U1 2 3 321 tCuCu0Cu 2 6 4 5 32 2 三要素法三要素法由R-C充电电路经典法推得： 在只含一个储能元件的一阶电路中，暂态中各处电压、电流随时间变化的规律均为一阶微分方程。变化规律与外加激励信号无关， (按指数规律变化)数值与外加激励信号有关。

32、其解：稳态分量(特解)暂态分量(通解)变化规律及数值均与外加激励信号有关(分析方法同稳态电路)。三要素法4终点)(f起点)0 (f)0()(632. 0ff按指数规律变化tf(t)全解:t)()0 ()()(effftf波形图)0 (f)(f1)求换路前的)0 (),0 (LCiu一、起始值)0 (f的计算3)由换路后瞬间的等效电路，求出其他各处的 。)0 (),0 (iu依据:换路定则0t时三要素的计算步骤 :)0()0(CCuu2)根据换路定则求得)0()0(LLiiCUuC)0(恒压源短路0)0(CuL恒流源IiL)0(开路0)0(Li三要素的计算的大小取决于电路的结构与参数。*同一电路

33、中各物理量的 相同。三、时间常数 的计算 注意：激励为直流时,令C开路, L短路。稳态值 的计算同第一章。)(f二、稳态值的计算步骤:1)将储能元件以外的电路用等效电源定理化简将电路转换成R-C、 R-L串联电路。三要素的计算步骤:1)将储能元件以外的电路用等效电源定理化简将电路转换成R-C、 R-L串联电路。+_CCREd21/RRR E+-t=01R2RC等效电源定理E+_t=0Cu4R3R2R1R4321/)/(RRRRRCk+_CuRdE21/RRR CR 三要素的计算综上：求 主要是求 ； 也可直接采用与戴维南定理求等效电源内阻相同的方法。RRE+-t=01R2RCCE+-1R2RR

34、2)根据简单的 电路,计算 。LRCR,: :RLLRCRCR例题1VuC0)0(已知各电路参数，t=0时开关闭合；换路前1、求起始值 :)0 (f求开关闭合后 、 、 、 的变化规律。1i2iCu1RuVuuCC0)0()0(Ai0)0(1EuR)0(1REi12)0(1RuCE+_t=02R1i2iCu1Rt=0+时的电路 :1RuCE+_2R1i2iCu1R例题1VuC0)0(已知各电路参数，t=0时开关闭合；换路前求开关闭合后 、 、 、 的变化规律。1i2iCu1Ru2、求稳态值 ：)(f激励为直流,令C开路。VRRREuc212)(RRREuR2111)(Ai0)(2RREi211

35、)(三要素法1RuCE+_t=02R1i2iCu1Rt =1RuCE+_2R1i2iCu1R例题1求开关闭合后 、 、 、 的变化规律。1i2iCu1Ru三要素法3、求时间常数 : 21/RRR CR2R1R1RuCE+_t=02R1i2iCu1R三要素法4、求开关闭合后 、 、 、 的变化规律。Cu1Ru1i2i将各量的三要素代入一般表达式：teffftf)()0()()(VuuCC0)0()0(Ai0)0(1EuR)0(1REi12)0(VRRREuc212)(RRREuR2111)(Ai0)(2RREi211)(初始值稳态值时间常数CRRCR)/(21三要素法Cu212RRER)1 ()

36、(212eRRREtutC 的波形图:)(tuC当t0 时，K合向“1”t20 ms 时，K 从“1”合向“2”设： 00Cu求： tituC ,解：第一阶段 (t : 0-20 ms) 000CCuumAREi301例题21）求起始值： 00Cu+_+_E1E23V5V1KK12R1R3R21K2KC3CuiR1R2Cui+_E13Vt=0+稳态值：第一阶段 (t : 0-20 ms): VERRRuC21212 mARREi1211例题2+_+_E1E23V5V1KK12R1R3R21K2KC3Cui+_E13VR1R2iCu时间常数：kRRRd32/21msCRd2例题2第一阶段 (t

37、: 0-20 ms):+_+_E1E23V5V1KK12R1R3R21K2KC3CuiK合向“1”R2R1mAetietuttc 21)( V 22)(22第一阶段小结： 00CumAi30 VuC2 mAi1ms2teffftf)()0()()(例题2+_+_E1E23V5V1KK12R1R3R21K2KC3Cui2 ms,510 ms；判断：K合向“1” ，20 ms时电路进入稳态了吗？因此t20 ms时电路已进入稳态。20 ms 10 ms ,VmsuC220且第一阶段结束时：VuC220对第二阶段而言，例题2当t0时，K从“1”合向“2”。设： 00CuK合向“1” ;t20ms时，+

38、_+_E1E23V5V1KK12R1R3R21K2KC3Cui第一阶段：t=0-20ms 00 Cu mAi30 VuC2 mAi1ms2波形图20ms2v2.5tCu下一阶段的起点例题2+_+_E1E23V5V1KK12R1R3R21K2KC3Cui3mAti20ms第二阶段:20ms-起始值：VmsumsuCC2)20()20(mARRmsuEmsic5 . 1)20()20(312例题2+_+_E1E23V5V1KK12R1R3R21K2KC3Cui+_E2R1R3R2CCui2V第二阶段:20ms-稳态值：mARRREi25. 1)(3212VERRRRuc5 . 2)(23212时间

39、常数：KRRRRd1/)(231msCRd3例题2+_+_E1E23V5V1KK12R1R3R21K2KC3Cui+_E2R1R3R2CCui第二阶段：（t20 ms）mA 25. 025. 1)(V 5 . 05 . 2)(320320ttcetietumAetietuttc 21)(V 22)(22第一阶段：例题2+_+_E1E23V5V1KK12R1R3R21K2KC3Cui2vtCu3mAti20ms波形图2.51.251.5 可以突变的i例题2 始终是连Cu续的不能突跳+_+_E1E23V5V1KK12R1R3R21K2KC3Cui 换路定则换路定则 )0()0(LLii)0()0(

40、CCuueffftft)()0()()(换路定则换路定则:在换路瞬间不能突变。LCiu ,说明：换路定则仅适用于换路瞬间，用以确定暂态过程的起始值。1、由 时的电路求 。0t)(),(00iuLC0t)0()0(CCuu)0()0(LLii2、根据 瞬间的电路，在应用换路定则求得 、 的条件下，求其它物理量的起始值。换路起始值的确定的步骤：三要素的计算的大小取决于电路的结构与参数。*同一电路中各物理量的 相同。激励为直流时,令C开路, L短路。步骤:1)将储能元件以外的电路用等效电源定理化简2)也可直接采用与戴维南定理求等效电源内阻相同的方法。一、起始值)0 (f的计算依据换路定则.二、稳态值

41、的计算三、时间常数 的计算 1.1.零输入响应与零状态响应零输入响应与零状态响应2.2.脉冲激励下的脉冲激励下的R-CR-C电路电路( (微分电路、积分电路微分电路、积分电路) )4 4 零输入响应与零状态响应零输入响应与零状态响应零状态：换路时储能元件未贮存能量。零状态响应：储能元件为零状态，电路在电源作用下产生的响应。如电容充电：0)0(cu非零状态：换路时储能元件已贮存有能量。E1+-K2RCt=0Cu一、零输入响应与零状态响应零输入响应与零状态响应零输入响应：外加激励信号为零，电路在储能元件初始值作用下的响应。如电容放电：全响应：两种响应都有。tCEetu)(tCCeREdtduCti

42、)(E1+-K2RCt=0Cu如：iutERCCuiu如何分析全响应这类问题呢？1、分段分析法tiuTt：TTiut：0-TtE阶跃信号)1 ()(eEtutceETtutC )(注意时间座标二、全响应零输入响应与零状态响应全响应：2、叠加法：TtEui,iutET将 分解成两个幅值相同符号相反的阶跃信号。iuui, ,tT-E电路的响应与时间常数有关！iutERCCuiuCRiuou5. 5. 脉冲激励下的脉冲激励下的R-CR-C电路电路( (补充补充) )tTEiu单脉冲TEiut序列脉冲ou?ou?特点：由电阻两端输出， T。分析:一、单脉冲作用下的微分电路TtEiuuC过渡过程进行得快

43、？还是慢？+-E+RC0)0(uCt : 0 T电容充电。电容放电。Tt +RCCRiuou输出只反映输入的变化！相当于数学上的微分。tu0特点：由电阻两端输出，T，由电容两端输出。二、单脉冲作用下的积分电路分析:t : 0 T电容充电。电容放电。Tt tTEiuoutTT 电容充电很慢！在脉冲持续时间内，输出近似直线（指数的起始段）。电路的输出电压近似为输入电压的积分。ouRCiu用数学式子表示：dtRCdtiCttuuuiC11)()(0RRiuuuuiRRioutT积分电路特点：T，由电容两端输出。ouRCiu小结：单脉冲作用下的RC 电路tE当T电路tTECRiuouTtEiuoutE

44、E当TtE当 T= 4tE0.37E-0.63EE当TCRiuou三、序列脉冲作用下的RC电路uC时，二极管导通，时，二极管导通，电源在给负载电源在给负载RL供电的供电的同时也给电容充电，同时也给电容充电， uC 增加，增加，uo= uC 。 CC+Cici +aDuoubRLio= uC 二极管承受的最高反向电压为二极管承受的最高反向电压为 。UU22DRM uoU2U2u tO tO25)(3LTCR 一般取一般取(1) (1) 输出电压的脉动程度与平均值输出电压的脉动程度与平均值Uo与放电时间与放电时间 常数常数RLC有关。有关。 带带近似取：近似取： Uo = 1. 0 U （半波）半

45、波） Uo = 1. 2 U ( 桥式、全波）桥式、全波）U2 为了得到比较平直的输出电压为了得到比较平直的输出电压有电容有电容滤波滤波 无电容滤波无电容滤波0 UooIO 结论结论 因此电容滤波适合于要求因此电容滤波适合于要求输出电压较高、负载电流较输出电压较高、负载电流较小且负载变化较小的场合。小且负载变化较小的场合。 RLC 越大越大O 越高，越高，IO 越越大大整流二极管导通时间越短整流二极管导通时间越短 iD 的峰值电流越大。的峰值电流越大。iD tuoU2 tOO例：例： 有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频率率 f=50Hz，负载电阻，

46、负载电阻 RL = 200 ，要求直流输出电，要求直流输出电压压Uo=30V，选择整流二极管及滤波电容器。，选择整流二极管及滤波电容器。V352522DRM UUA075020030212121LOOD.RUII uRLuo+C解：解：25V1.23021O .UU可选用二极管可选用二极管2CP11IOM =100mA UDRM =50V 例：例： 有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频率率 f=50Hz，负载电阻，负载电阻 RL = 200 ，要求直流输出电，要求直流输出电压压Uo=30V，选择整流二极管及滤波电容器。，选择整流二极管及滤波电容器。取

47、取 RLC = 5 T/2已知已知RL = 50 S 05. 025015L CR uRLuo+C解：解：2. 选择滤波电容器选择滤波电容器F250F102502000.050506L R.C可选用可选用C=250 F，耐压为，耐压为50V的的极性电容器极性电容器UO = UZ IR = IO + IZUIUZRL (IO ) IR 设设UI一定，负载一定，负载RL变化变化UO 基本不变基本不变 IR (IRR) 基本不变基本不变 UO (UZ ) IZ +UIRL+CIOUO+uIRRDZIz限流调压限流调压稳压电路稳压电路UO = UZ IR = IO + IZUIUZUI UZ UO 基

48、本不变基本不变 IRR IZ IR +UIRL+CIOUO+uIRRDZIz(1) UZ = UO(2) IZM= (1.5 3) IoM(3) UI = (2 3) UO集成稳压器电路，具有体积小集成稳压器电路，具有体积小, ,可靠性高可靠性高, ,使用使用灵活灵活, ,价格低廉等优点。价格低廉等优点。最简单的集成稳压电源只有输入，输出和公共最简单的集成稳压电源只有输入，输出和公共引出端引出端,故称之为三端集成稳压器。故称之为三端集成稳压器。1. 分类分类两位数字为输出电压值两位数字为输出电压值三三端端稳稳压压器器输出固定电压输出固定电压输出正电压输出正电压78XX 输出负电压输出负电压79

49、XX （1. 25 37 V 连续可调）连续可调）W7800系列稳压器外形系列稳压器外形1输入端输入端3 公共端公共端2 输出端输出端W7900系列稳压器外形系列稳压器外形1 公共端公共端3输入端输入端2 输出端输出端 输出电流超过输出电流超过 1. 5 A（加散热器）（加散热器） 不需要外接元件不需要外接元件 内部有过热保护内部有过热保护 内部有过流保护内部有过流保护 5V、6V、 9V、12V 、 15V、 18V、 24V等等 。输出为固定正电压时的接法如图所示。输出为固定正电压时的接法如图所示。 0.11 F1 FCOW7805CiUi+_+_UO123 +23220V 24V+C 24V+CW7815Ci+15V123CiW79151COCO 15V1 F1 F0.33 F0.33 F1000 F1000 F+ 作业：P805.2、5.3、5.4