电工基础3-直流电路暂态分析与应用.ppt
情境三触摸延时照明电路的设计、制作与调试,电工基础,企业工作情境描述,主要内容,3,触摸延时照明电路的设计、制作与调试,2,RL电路暂态过程的测试,主要内容,知识目标：1、了解动态电路的基本概念、换路定律；2、了解RC电路的暂态响应和RL电路的暂态响应；3、了解一阶动态电路的三要素分析法.技能目标：1、会对RC电路暂态过程的测试;2、会对RL电路暂态过程的测试.素质目标：1、培养良好的职业道德、安全生产意识、质量意识；2、培养学生认真严谨、一丝不苟的工作作风和谦虚好学的能力；3、培养学生分析问题、解决问题的能力；4、培养学生自学能力及经验积累能力。,学习目标,学习目标,学习任务,1、明确任务，学习动态电路的基本概念、换路定律。2、会对RC电路和RL电路暂态过程进行测试。3、分析项目需求，分解工作任务，制定实施计划。4、完成工作任务，记录测量数据。5、将任务结果进行展示，同学间互相评价，教师点评。6、根据评价反馈信息进行检查，并进行修改、完善，最终提交书面总结文档。7、填写评价表，进行自我评价总结。,项目1：RC电路暂态过程的测试,做一做 RC电路暂态过程的测试一、RC电路的零输入响应的测试,做一做 RC电路暂态过程的测试,二、RC电路的零状态响应的测试,做一做 RC电路暂态过程的测试,三、RC电路的全响应的测试,读一读 动态电路概述一、动态电路概述 含有动态元件电容C和电感L的电路称为动态电路。动态电路的伏安关系是用微分或积分方程表示的。通常用微分形式。一阶电路：用一阶微分方程来描述的电路。一阶电路中只含有一个 动态元件。本章着重于无源和直流一阶电路。过渡过程：电路从一个稳定状态过渡到另一个稳定状态，电压、电流等物理量经历一个随时间变化的过程。产生过渡过程的条件：电路结构或参数的突然改变。产生过渡过程的原因：能量不能跃变，电感及电容能量的存储和释放需要时间，从而引起过渡过程。,读一读 动态电路概述二、换路定律换路定律：电容上的电压uC及电感中的电流iL在换路前后瞬间的值是相等的，即：必须注意：只有uC、iL受换路定理的约束而保持不变，电路中其他电压、电流都可能发生跃变。,学一学RC电路的暂态响应一、RC电路的零输入响应,U0,U0,变化曲线,输入信号为零，由电容元件的初始状态uC(0+)所产生的响应称为零输入响应，它是电容的放电过程。,换路前电容的初始储能为零,即uC(0)=0，电路中的响应由外加激励产生，称这种响应为RC电路的零状态响应。,二、RC电路的零状态响应,把,得,开关S合于b，当电容放电完毕 t=0时，将S由b 合向a，uC(0)=0,代入上式,根据KVL，列出t 0时电路的微分方程,(1),特解,通解,二、RC电路的零状态响应,(1),uC=US USe t/RC=US(1et/),时间常数=RC,充电电流,电阻电压,uC,uR,uC、uR的变化曲线,i 的变化曲线,US,全响应是指外加激励和电容初始电压uC(0+)均不为零时电路的响应，也就是零输入响应和零状态响应的叠加。,图中，若开关S合于b时，电路已处于稳态,则 uC(0)=U0,三、RC电路的全响应,上式和式(1)完全相同,uC(0+)=uC(0)=U0,t=0+时,U0=US+Ae0,积分常数 A=U0US,故,电路中的电流,式中=RC,t=0时，将S由b合向a，t 0时电路的微分方程为,想一想RC电路对矩形脉冲的响应是怎样的,序列脉冲作RC电路的激励时，其响应与脉冲的宽度和RC电路的时间常数有关。,U,T,2T,脉冲宽度,3T,序列脉冲,分两种情况讨论RC电路在序列脉冲宽度为T、周期为2T的作用下，电阻电压uR和电容电压uC随时间的变化规律。,tP,一、RC微分电路,TRC,U,T,2T,3T,uC、uR在第一个周期的函数表达式,0tT,Tt2T,uC(t)=,0tT,Tt2T,uR(t)=,U,U,令电阻两端的电压作为输出,则输出与输入电压近似微分关系.,uO,一、RC微分电路,TRC,RC微分电路数学关系式推导:,(1)tp(一般 0.2tP)；,(2)从电阻R两端 输出电压。,在RC串联电路中,由于=RC tp,所以uCui,即输出与输入电压近似微分关系。,RC微分电路条件,二、RC积分电路,R,ui,C,+,+,uC,uR,+,i,U,T,2T,3T,U,TRC,过渡过程阶段uC随时间变化曲线,稳定过程阶段uC随时间变化曲线,U,U2,U1,uR随时间变化规律可由,uR=ui uC 得到,令电容两端的电压作为输出,则输出与输入电压近似积分关系.,uO,二、RC积分电路,TRC,RC积分电路数学关系式推导:,由于 T（tp）,电容电压很小，可近似认为所以uiuR,可见，输出与输入电压的积分成正比。,uO,(1)tp(一般 0.2tP)；,(2)从电容C两端 输出电压。,RC积分电路条件,二、RC积分电路,TRC,稳定过程阶段uC充电和放电的初始值,uC1,uC2,在t=T时,在t=2T时,电工基础,项目2：RL电路暂态过程的测试,做一做 RL电路暂态过程的测试 一、RL电路的零输入响应的测试,做一做 RL电路暂态过程的测试,二、RL电路的零状态响应的测试,做一做 RL电路暂态过程的测试,三、RL电路的全响应的测试,学一学RL电路的暂态响应,一、RL电路的零输入响应,电流,电阻电压,电感电压,电路外加激励为零，响应仅由电感初始储能引起，称为RL电路的零输入响应。,在零输入响应电路中，各部分电压和电流都是由初始值按同一指数规律衰减到零。,在换路瞬间只有电感的电流不能突变，而其两端的电压则由零跳变到US。,iL(0+)=iL(0)=0,根据换路定律,二、RL电路的零状态响应,通解,换路前电感的初始储能为零,即iL(0)=0，电路中的响应由外加激励产生，称这种响应为RL电路的零状态响应。,开关S由b合于a之前，电感中的电流为零。t=0时，将S由b 合向a,根据KVL，列出t 0时电路的微分方程,特解,在t=0时，有,得,式中,电感电流,二、RL电路的零状态响应,电感电流,电感两端电压,电阻两端电压,uL,uR,iL、uL、uR的变化曲线,iL,iL(0+)=iL(0)=I0,根据换路定律,三、RL电路的全响应,电路换路后的微分方程为,式中,电感电流,设t0 时，iL(0-)=I0。在t=0时，将开关S闭合，则t 0时电路的响应即为全响应。,显然,积分常数,电感电压,三、RL电路的全响应,式中,电感电流,电路的全响应也可用叠加原理分析,全响应=零输入响应+零状态响应,设t0 时，iL(0-)=I0。在t=0时，将开关S闭合，则t 0时电路的响应即为全响应。,f(0+)f()是暂态分量,=RC 或,R为换路后以储能元件两端为端口的除源二端网络的等效电阻(即电压源短路电流源开路)。,读一读 一阶动态电路的三要素分析法,稳态值 初始值 时间常数,待求的电压或电流,一阶电路在直流激励下电压或电流的完全解可表示为,在一阶电路中,只要求出待求量的稳态值、初始值和时间常数这三个要素，就可以写出暂态过程的解。,项目3：触摸延时照明电路的设计、制作与调试,做一做触摸延时照明电路的设计、制作 一、设计一个触摸延时的照明电路二、按照设计方案，制作触摸延时照明电路三、对所制作的电路进行检测和调试四、撰写电路设计、制作与调试报告,
