電氣控制第二章 基本定律及分析方法

1、主講：陳躍安第2章電路的基本定律及分析方法第二章第二章電路的基本定律及分析方法電路的基本定律及分析方法2.1 電路的基本定律電路的基本定律2.2 電路的基本分析方法電路的基本分析方法2 312.3 應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例42.1 電路的基本定律電路的基本定律單回路電路及分壓公式單回路電路及分壓公式雙節(jié)點(diǎn)電路雙節(jié)點(diǎn)電路及分流公式及分流公式基爾霍夫定律基爾霍夫定律(電路分析電路分析的重要依據(jù)的重要依據(jù))電路電路由由電路元件電路元件按一定的按一定的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)連接而成。連接而成。電路元件電路元件遵循元件的遵循元件的伏安關(guān)系伏安關(guān)系電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)遵循遵循基爾霍夫定律基爾霍夫定律電路分析的依據(jù)：電路分析的依據(jù)：

2、將元件的伏安關(guān)系與基爾霍夫定律兩將元件的伏安關(guān)系與基爾霍夫定律兩方面結(jié)合，即可分析求解各種復(fù)雜電路方面結(jié)合，即可分析求解各種復(fù)雜電路。電路分析電路分析電路元件及伏安關(guān)系電路元件及伏安關(guān)系當(dāng)電壓與電流方向關(guān)聯(lián)時(shí)：當(dāng)電壓與電流方向關(guān)聯(lián)時(shí)：iRu dtdiLuLdtduCiCC)(ufi 常數(shù)常數(shù)BCEiCECuBEBufiufi| )(| )(US=常數(shù)，常數(shù)，I與外接電路及與外接電路及US有關(guān)有關(guān)IS=常數(shù)，常數(shù)，U與外接電路及與外接電路及IS有關(guān)有關(guān)(a)電阻R(b)電容C(h)電流源IS(g)電壓源US(d)二極管VD(c)電感LVT(e)三極管CEBSDG(f)MOS管常數(shù)常數(shù)GSDSuD

3、SDuGSDufiufi| )(| )(簡單的電路有兩種簡單的電路有兩種復(fù)雜電路：復(fù)雜電路：1.只有只有一個(gè)一個(gè)回路回路的電路的電路2.只有只有一對一對節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)的電路的電路支路支路流過同一個(gè)電流的幾個(gè)串聯(lián)元件的組合流過同一個(gè)電流的幾個(gè)串聯(lián)元件的組合回路回路由若干條支路組成的閉合路徑由若干條支路組成的閉合路徑節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)三個(gè)或三個(gè)以上支路的連接點(diǎn)三個(gè)或三個(gè)以上支路的連接點(diǎn)網(wǎng)孔網(wǎng)孔不可再分的回路不可再分的回路幾幾個(gè)個(gè)術(shù)術(shù)語語電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)（簡單、復(fù)雜）（簡單、復(fù)雜）非簡單電路非簡單電路基爾霍夫電流定律：基爾霍夫電流定律：基爾霍夫定律（基爾霍夫定律（KCL，KVL）(簡稱簡稱KCL)定律內(nèi)容：定律內(nèi)容

4、：在電路中的任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)，在任何時(shí)刻，在電路中的任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)，在任何時(shí)刻，流入（或流出）該節(jié)點(diǎn)的流入（或流出）該節(jié)點(diǎn)的電流代數(shù)和電流代數(shù)和為零，為零，即即基爾霍夫電壓定律：基爾霍夫電壓定律： 0i(簡稱簡稱KVL)定律內(nèi)容：定律內(nèi)容：在電路中的任何一個(gè)回路，在任何時(shí)刻，在電路中的任何一個(gè)回路，在任何時(shí)刻，沿該回路繞行一周，該回路上所有支路沿該回路繞行一周，該回路上所有支路（元件）的（元件）的電壓降代數(shù)和電壓降代數(shù)和為零，即為零，即 0u基爾霍夫電流定律應(yīng)用：基爾霍夫電流定律應(yīng)用： 0i對節(jié)點(diǎn)由電流方向列方程對節(jié)點(diǎn)由電流方向列方程將已知電流代入方程將已知電流代入方程注意這兩步都可能注意這兩步都可

5、能有正負(fù)號有正負(fù)號節(jié)點(diǎn)可推廣為任間閉合面節(jié)點(diǎn)可推廣為任間閉合面基爾霍夫電壓定律應(yīng)用：基爾霍夫電壓定律應(yīng)用： 0u由電壓方向列方程由電壓方向列方程將已知電壓或用元件伏安關(guān)將已知電壓或用元件伏安關(guān)系求得的電壓代入公式系求得的電壓代入公式注意這兩步都注意這兩步都可能有正負(fù)可能有正負(fù)號號回路可推廣為開路回路可推廣為開路單回路電路單回路電路及分壓公式及分壓公式定律內(nèi)容：定律內(nèi)容：在單回路中，回路電流等于在單回路中，回路電流等于沿回路電流方沿回路電流方向上所有電壓源電位升向上所有電壓源電位升之之代數(shù)和代數(shù)和除以回路除以回路中所有電阻元件電阻值之和，即中所有電阻元件電阻值之和，即分壓公式：分壓公式：在單回路

6、中，任一電阻在單回路中，任一電阻R Rk k上的電壓上的電壓U UK K為為RUISSkSkkkURRRURIRU由回路電壓方程和由回路電壓方程和元件伏安關(guān)系獲元件伏安關(guān)系獲得得 雙節(jié)點(diǎn)電路雙節(jié)點(diǎn)電路及分流公式及分流公式定律內(nèi)容：定律內(nèi)容：在雙節(jié)點(diǎn)電路中，節(jié)點(diǎn)電壓等于所有在雙節(jié)點(diǎn)電路中，節(jié)點(diǎn)電壓等于所有流入流入其假定高電位節(jié)點(diǎn)的電流源電流其假定高電位節(jié)點(diǎn)的電流源電流之之代數(shù)和代數(shù)和除以所有支路電阻元件的電導(dǎo)之和，即除以所有支路電阻元件的電導(dǎo)之和，即分流公式：分流公式：在單節(jié)偶中，任一支路元件在單節(jié)偶中，任一支路元件R Rk k上的電流上的電流I IK K為為GIUSaSkakkIGGUGI特別

7、對特別對兩條兩條支路時(shí)，求任一支路電流有支路時(shí)，求任一支路電流有IRRRIIRRRI21122121由節(jié)點(diǎn)電流方程和由節(jié)點(diǎn)電流方程和元件伏安關(guān)系獲元件伏安關(guān)系獲得得 等效變換法等效變換法2.2電路的基本分析方法電路的基本分析方法 支路電流法支路電流法 節(jié)點(diǎn)電壓法節(jié)點(diǎn)電壓法 疊加原理及其分析法疊加原理及其分析法 戴維南定理及分析法戴維南定理及分析法兩端網(wǎng)絡(luò)兩端網(wǎng)絡(luò)等效變換法等效變換法端點(diǎn)上的伏安關(guān)系相同端點(diǎn)上的伏安關(guān)系相同無源網(wǎng)絡(luò)無源網(wǎng)絡(luò)*三端網(wǎng)絡(luò)三端網(wǎng)絡(luò)有源網(wǎng)絡(luò)有源網(wǎng)絡(luò)電阻串聯(lián)電阻串聯(lián)電壓源電壓源無源網(wǎng)絡(luò)無源網(wǎng)絡(luò)有源網(wǎng)絡(luò)有源網(wǎng)絡(luò)電阻并聯(lián)電阻并聯(lián)電阻混聯(lián)電阻混聯(lián)電流源電流源Y三極管微變等效電路三

8、極管微變等效電路MOS管微變等效電路管微變等效電路電阻的串聯(lián)等效電阻的串聯(lián)等效R1R2RkRn-1Rn+-UI(a)(b)Rk+-UI1.圖2-20電阻的串聯(lián)nkkRR1電阻的并聯(lián)等效電阻的并聯(lián)等效nkkGG1電阻的混聯(lián)等效電阻的混聯(lián)等效IUR 兩端無源網(wǎng)絡(luò)兩端無源網(wǎng)絡(luò)(b)Gk+-UIG1G2Gn-1Gn+-UI(a)Gk+-UI電阻串、并、混聯(lián)二端網(wǎng)絡(luò)R+-UI特別對兩個(gè)電阻并聯(lián)有特別對兩個(gè)電阻并聯(lián)有:212121/RRRRRRR電壓源串聯(lián)等效電壓源串聯(lián)等效實(shí)際電壓源與實(shí)際實(shí)際電壓源與實(shí)際電流源的等效互換電流源的等效互換兩端有源網(wǎng)絡(luò)兩端有源網(wǎng)絡(luò)兩端有源線性網(wǎng)絡(luò)最簡等效為實(shí)際電壓源，又稱兩端

9、有源線性網(wǎng)絡(luò)最簡等效為實(shí)際電壓源，又稱戴維南定理戴維南定理US1US2US=US1US2USISRS=RSUS=ISRS且方向一致RS電壓源并聯(lián)等效電壓源并聯(lián)等效USUS任何一個(gè)含源和線性電阻任何一個(gè)含源和線性電阻的兩端網(wǎng)絡(luò)，都可以用一的兩端網(wǎng)絡(luò)，都可以用一個(gè)電壓源個(gè)電壓源US和一個(gè)電阻和一個(gè)電阻RO串聯(lián)的電源來等效代替。串聯(lián)的電源來等效代替。US等于該網(wǎng)絡(luò)的開路電壓等于該網(wǎng)絡(luò)的開路電壓UOC，RO等于該網(wǎng)絡(luò)中等于該網(wǎng)絡(luò)中所所有獨(dú)立電源為零值有獨(dú)立電源為零值時(shí)對應(yīng)時(shí)對應(yīng)的無源網(wǎng)絡(luò)的電阻，的無源網(wǎng)絡(luò)的電阻，又稱又稱輸出電阻。（例）輸出電阻。（例）兩端有源網(wǎng)絡(luò)最簡等效為實(shí)際電壓源兩端有源網(wǎng)絡(luò)最簡等

10、效為實(shí)際電壓源又稱戴維南定理又稱戴維南定理(a)線性有源二端網(wǎng)絡(luò)(b)戴維南等效電路線線性性有有源源二二端端網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)ABuRLiABuRLi+-RoUS(c)求Us的等效電路(d)求Ro的等效電路線性有源二端網(wǎng)絡(luò)BUoC=UsA對應(yīng)除源二端網(wǎng)絡(luò)BARo*三端無源網(wǎng)絡(luò)三端無源網(wǎng)絡(luò)電阻電阻Y等效等效213133113232233212112RRRRRRRRRRRRRRRRRR312312233133123122312231231231121RRRRRRRRRRRRRRRRRR(b)I1I2I3R3R2R1123(a)I12I1I22R12R23R3131Y 等效條件等效條件 Y 等效條件等效條件（

11、a）33333+-10V1I（b）133+-10V1I11（c）+-10V1I12*三端有源網(wǎng)絡(luò)三端有源網(wǎng)絡(luò)微變等效微變等效cebcebrbeic=ibib(1+)ibic三極管微變等效電路三極管微變等效電路MOS管微變等效電路管微變等效電路dsgdsgid=gmUgsUgsid例例3、畫出等效電源、畫出等效電源(即電壓源即電壓源US和電阻和電阻RO串聯(lián)串聯(lián))，接入，接入待求支路元件，應(yīng)用歐姆定律或分壓公式求出該支路待求支路元件，應(yīng)用歐姆定律或分壓公式求出該支路電流或該元件電壓。電流或該元件電壓。2、讓有源二端網(wǎng)絡(luò)中各獨(dú)立電源為零值，即電壓源、讓有源二端網(wǎng)絡(luò)中各獨(dú)立電源為零值，即電壓源短路，電

12、流源開路，求等效電源的內(nèi)阻短路，電流源開路，求等效電源的內(nèi)阻RO。戴維南分析法戴維南分析法求解任一支路電流或電壓求解任一支路電流或電壓 1、斷開所求支路元件，造成有源二端網(wǎng)絡(luò)并求等效、斷開所求支路元件，造成有源二端網(wǎng)絡(luò)并求等效電源的電壓電源的電壓US(即開路電壓即開路電壓UOC)。步驟：步驟：某個(gè)電源單獨(dú)作用，是指其他電源不作用，即為某個(gè)電源單獨(dú)作用，是指其他電源不作用，即為零值（電壓源用短路線代替，電流源用開路代替，零值（電壓源用短路線代替，電流源用開路代替，它們的內(nèi)阻則均保留）；它們的內(nèi)阻則均保留）； 在線性電路中，任何一條支路的在線性電路中，任何一條支路的電流電流( (或或電壓電壓) )

13、，都是各個(gè)都是各個(gè)電源單獨(dú)作用電源單獨(dú)作用時(shí)在該支時(shí)在該支路中所產(chǎn)生的電流路中所產(chǎn)生的電流( (或電壓或電壓) )的的代數(shù)和代數(shù)和 。疊加分析法疊加分析法求解多電源電路的電流或電壓求解多電源電路的電流或電壓 疊加原理疊加原理內(nèi)容：內(nèi)容：注注意意疊加分析法只可求電流或電壓，不可以求功率；疊加分析法只可求電流或電壓，不可以求功率；代數(shù)和的含義：與原電流代數(shù)和的含義：與原電流( (或電壓或電壓) )方向一致為正，方向一致為正，相反取負(fù)。相反取負(fù)。由由KCL列節(jié)點(diǎn)列節(jié)點(diǎn)電流方程電流方程支路電流法支路電流法可同時(shí)求各支路電流可同時(shí)求各支路電流N個(gè)節(jié)點(diǎn)只列個(gè)節(jié)點(diǎn)只列N-1個(gè)方程個(gè)方程列方程前應(yīng)假設(shè)各支路電

14、流名稱及方向列方程前應(yīng)假設(shè)各支路電流名稱及方向由由KVL列回路列回路電壓方程電壓方程M個(gè)網(wǎng)孔數(shù)列個(gè)網(wǎng)孔數(shù)列M個(gè)方程個(gè)方程列方程前應(yīng)假設(shè)各回路繞行方向列方程前應(yīng)假設(shè)各回路繞行方向解方程組解方程組可求出可求出N-1+M個(gè)未知量，即個(gè)未知量，即支路電流個(gè)數(shù)支路電流個(gè)數(shù)驗(yàn)證驗(yàn)證功率是否平衡或新節(jié)點(diǎn)、新回路是功率是否平衡或新節(jié)點(diǎn)、新回路是否滿足否滿足KCL、KVL。節(jié)點(diǎn)電壓法節(jié)點(diǎn)電壓法以節(jié)點(diǎn)電位為待求量以節(jié)點(diǎn)電位為待求量1、將其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)為參考點(diǎn)（該點(diǎn)電位為零）；、將其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)為參考點(diǎn)（該點(diǎn)電位為零）；2、其它各節(jié)點(diǎn)分別列電流方程；、其它各節(jié)點(diǎn)分別列電流方程；3、將各支路電流的伏安關(guān)系代入以上方程

15、，即可、將各支路電流的伏安關(guān)系代入以上方程，即可求出各點(diǎn)電位；求出各點(diǎn)電位；N個(gè)節(jié)點(diǎn)，只須個(gè)節(jié)點(diǎn)，只須N-1個(gè)方程，方程數(shù)較少。個(gè)方程，方程數(shù)較少。4、求出各點(diǎn)電位后，再根據(jù)支路元件的伏安關(guān)系很、求出各點(diǎn)電位后，再根據(jù)支路元件的伏安關(guān)系很容易求出支路電流。容易求出支路電流。有現(xiàn)成公式可套用有現(xiàn)成公式可套用步驟：步驟：設(shè)設(shè)C為參考點(diǎn)，則為參考點(diǎn)，則UC=0V。7A31c3Aab2I222221111211SBASBAIUGUGIUGUGG G1111，G G2222分別是連接在節(jié)點(diǎn)分別是連接在節(jié)點(diǎn)A A和節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)B B的所有電導(dǎo)之和，的所有電導(dǎo)之和，稱為該節(jié)點(diǎn)的自電導(dǎo)，自電導(dǎo)總是正的。稱為該節(jié)

16、點(diǎn)的自電導(dǎo)，自電導(dǎo)總是正的。I IS11S11，I IS22S22，分別表示流入節(jié)點(diǎn)，分別表示流入節(jié)點(diǎn)A A和節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)B B的所有電流源的所有電流源電流的代數(shù)和，流入取正號，反之取負(fù)號。電流的代數(shù)和，流入取正號，反之取負(fù)號。以上公式可以推廣到具有以上公式可以推廣到具有n個(gè)節(jié)點(diǎn)的電路。個(gè)節(jié)點(diǎn)的電路。 G G1212=G=G2121是連接在節(jié)點(diǎn)是連接在節(jié)點(diǎn)A A和與其相鄰節(jié)點(diǎn)和與其相鄰節(jié)點(diǎn)B B之間的公共電導(dǎo)，之間的公共電導(dǎo)，稱為互電導(dǎo)，互電導(dǎo)總是負(fù)的稱為互電導(dǎo)，互電導(dǎo)總是負(fù)的 。2.3 應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例例一例一例二例二例三例三例四例四例五例五例六例六例七例七例八例八例一例一7A31c3Aab2

17、I電路如圖所示，試分別用等效變換法、戴維南分析電路如圖所示，試分別用等效變換法、戴維南分析法、疊加分析法、支路電流法、節(jié)點(diǎn)分析法求解電法、疊加分析法、支路電流法、節(jié)點(diǎn)分析法求解電流流I和電壓和電壓Uab。例二例二VD1VD2R+5V3VABF(a)VD1VD2R+5V0V3VABF(b)電路如圖所示，設(shè)電路如圖所示，設(shè)VDVD1 1、VDVD2 2均為硅二極管，試根據(jù)二均為硅二極管，試根據(jù)二極管的單向?qū)щ娞匦?，求輸出端極管的單向?qū)щ娞匦?，求輸出端F F的電位的電位U UF F，并說出二，并說出二極管所起的作用。極管所起的作用。 鉗位、隔離鉗位、隔離 例三例三RVDE=5V+-uoui510uo

18、/Vt(b)(a)RVDuoui電路如圖所示，設(shè)電路如圖所示，設(shè)ui=10SintV，二極管為理想二極管，二極管為理想二極管，試畫出輸出電壓試畫出輸出電壓uo的波形的波形( (即隨時(shí)間變化的曲線圖即隨時(shí)間變化的曲線圖) )，并，并說出二極管在電路中所起的作用。說出二極管在電路中所起的作用。 整流、限幅整流、限幅 例四例四2K2K5V7VVDAB(a)ABR0US(b)1K+-VD 電路如圖所示，設(shè)二極管為理想二極管，試判斷二極電路如圖所示，設(shè)二極管為理想二極管，試判斷二極管的狀態(tài)，及流過二極管的電流和二極兩端的電壓。管的狀態(tài)，及流過二極管的電流和二極兩端的電壓。 2K2K5V7VVDAB(a)

19、ABR0US(b)1K+-VD 電路如圖所示，輸入信號電路如圖所示，輸入信號ui是幅值為是幅值為5V、頻率為、頻率為1kHZ的脈沖電壓信號。已知的脈沖電壓信號。已知=125，三極管飽和時(shí)，三極管飽和時(shí)uBE=0.7V，uCES=0.25V，試分析電路的工作狀態(tài)和輸出電壓的波，試分析電路的工作狀態(tài)和輸出電壓的波形。形。 RbUCC12VRcICbceU0ui10K210K+-(a)電路0ui/Vt/ms1086420.41.2120.81.6 2.0(b) 電壓波形例五例五分析分析截止時(shí)：導(dǎo)通時(shí)： 5V高電平高電平UON20A1.25mA（飽和）（飽和）0.25V低電平低電平0V低電平低電平UO

20、N00（截止）（截止）12V高電平高電平iuBEu該電路可作反相器或非門該電路可作反相器或非門0BIbBEiBRUUI00CECI：I截止時(shí)CCESCCCMCRUUI：I飽和時(shí)CCCCCEoRIUUUCMBCII：I放大時(shí)例六例六 電路如圖所示，輸入信號電路如圖所示，輸入信號ui是幅值為是幅值為0.2V、頻率為、頻率為50HZ的正弦交流電壓信號。已知的正弦交流電壓信號。已知=125，取，取uBE=0.7V,uCES=0.25V，試分析電路的工作狀態(tài)和輸出，試分析電路的工作狀態(tài)和輸出電壓的波形。電壓的波形。 Rb12VRciCbceU0ui3K210K+-(a)電路0u(t)/Vt/ms1086

21、4210(b) 電壓波形iB+-3V+-20304050分析分析0V3V10.9A1.37mA7.9V-0.2V2.8V10A1.25mA8.3V+0.2V3.2V11.9A1.5mA7.5VbBEiBRuuiBCiiUuui11u, 22 . 335 . 79 . 7iOUU238 . 29 . 73 . 8iOUU或CCCORiUu該電路具有放大和反相作用該電路具有放大和反相作用圖2-79 題2-14圖0Uo/VUi/V121086420.31231.6A BCDE(d)電壓傳輸特性(c)輸出特性CDE0IC/mAUCE/V54321246810 120.3AB20AIB=0A40A60A

22、80A100ARBUCC12VRCICIEIBBCEU0Ui4K22K+-(a)電路0IB/AUBE/V10080604020(b)輸入特性0.51ACDEB0.5圖圖 (a)是最基本的三極管電路，已知其輸入、輸出特性是最基本的三極管電路，已知其輸入、輸出特性如圖如圖 (b)、(c)所示。當(dāng)輸入電壓所示。當(dāng)輸入電壓Ui由由0V變化到變化到3V時(shí)，設(shè)時(shí)，設(shè)三極管為硅管，導(dǎo)通電壓約三極管為硅管，導(dǎo)通電壓約0.7V，=50，試判斷三極管，試判斷三極管的工作狀態(tài)，求出相應(yīng)的輸出電壓的工作狀態(tài)，求出相應(yīng)的輸出電壓Uo的值，并畫出輸出的值，并畫出輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系曲線電壓與輸入電壓的關(guān)系曲線(即電壓

23、傳輸特性即電壓傳輸特性)。例七例七分析分析UiUBEUO=UCE=UCC-ICRC工工作作點(diǎn)點(diǎn)VT管管0V00IC0(=ICE0)UCC=12VA截止0.5VUi0IC0(=ICE0)UCC=12VB臨界導(dǎo)通1.6V0.7V40A2mAICM(放大)4VC導(dǎo)通2V0.7V60A0（=UCES）D導(dǎo)通(臨界飽和)3V0.7V100A0（=UCES）E飽和)(3)(飽和放大mARUIIICCCCMBCCMBImAI5CMBImAI 3BBEiBRUUI此電路的作用是實(shí)現(xiàn)輸出與輸入反相，故又稱其為反相器 該電路可作反相器或非門該電路可作反相器或非門例八例八 共集電極電路如圖所示，求共集電極電路如圖所

24、示，求輸出電阻輸出電阻。 REUro=ro/REro=U/IrbebeRSREcIbIb(1+)IbrorbeecIbIb(1+)IbIRbbRSRbVTRbReRSRSuSui+ +- -UCCuobceREUro=ro/REro=U/IrbebeRSREcIbIb(1+)IbrorbeecIbIb(1+)IbIRbbRSRbVTRbReRSRSuSui+ +- -UCCuobceREUro=ro/REro=U/IrbebeRSREcIbIb(1+)IbrorbeecIbIb(1+)IbIRbbRSRbVTRbReRSRSuSui+ +- -UCCuobceREUro=ro/REro=U/I

25、rbebeRSREcIbIb(1+)IbrorbeecIbIb(1+)IbIRbbRSRbVTRbReRSRSuSui+ +- -UCCuobce三端網(wǎng)絡(luò)等效三端網(wǎng)絡(luò)等效cebcebrbeic=ibib(1+)ibic)1 (/)1 ()1 (/)1 ()1 (0bSbebbbSbbebRRrIIRRIrIUIUR)1 (/)1 (/00bSbeEERRrRRRR 過渡過程的概念過渡過程的概念2.3 電路的過渡過程電路的過渡過程 換路定理換路定理 過渡過程的分析過渡過程的分析三要素分析法三要素分析法 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例過渡過程的概念過渡過程的概念什么是過渡過程什么是過渡過程？影響過渡過程的快慢因

26、素？影響過渡過程的快慢因素？過渡過程產(chǎn)生的原因？過渡過程產(chǎn)生的原因？研究過研究過渡過程的意義？渡過程的意義？了解它！了解它！運(yùn)用它！運(yùn)用它！控制它！控制它！觀察與思考觀察與思考1.為什么日光燈的為什么日光燈的“亮亮”和和“滅滅”滯后于滯后于白熾燈？白熾燈？2.為什么測量固定電阻時(shí)，指針指示立刻為什么測量固定電阻時(shí)，指針指示立刻可讀？而測量電容器的電阻時(shí)，指針需可讀？而測量電容器的電阻時(shí)，指針需經(jīng)過一段時(shí)間才穩(wěn)定？經(jīng)過一段時(shí)間才穩(wěn)定？3.為什么測量不同容量的電容，指針偏轉(zhuǎn)為什么測量不同容量的電容，指針偏轉(zhuǎn)的時(shí)間不一？的時(shí)間不一？4.為什么用不同的電阻檔測量同一電容，為什么用不同的電阻檔測量同一電

27、容，指針的偏轉(zhuǎn)時(shí)間也不相同？指針的偏轉(zhuǎn)時(shí)間也不相同？什么是過渡過程？什么是過渡過程？舊穩(wěn)態(tài)舊穩(wěn)態(tài) 新穩(wěn)態(tài)新穩(wěn)態(tài) 過渡過程過渡過程 :暫態(tài)暫態(tài)開關(guān)開關(guān)K閉合閉合C電路處于舊穩(wěn)態(tài)電路處于舊穩(wěn)態(tài)KRUS+_CuR電路處于新穩(wěn)態(tài)電路處于新穩(wěn)態(tài)US+_CuC“內(nèi)因內(nèi)因”產(chǎn)生過渡過程的原因？產(chǎn)生過渡過程的原因？如：如：1 . 電路接通、斷開電源電路接通、斷開電源2 . 電路中電源值的增減電路中電源值的增減3 . 電路中元件參數(shù)的改變電路中元件參數(shù)的改變電路中含有儲(chǔ)能元件電路中含有儲(chǔ)能元件電路狀態(tài)的改變（換路）電路狀態(tài)的改變（換路）“外因外因”（L或或C）內(nèi)因剖析內(nèi)因剖析t = 0USR+_iKU電阻是耗能

28、元件，其上電流隨電壓比例變電阻是耗能元件，其上電流隨電壓比例變化，不存在過渡過程?；?，不存在過渡過程。電阻電路電阻電路Rui 復(fù)習(xí)電阻元件的伏安關(guān)系復(fù)習(xí)電阻元件的伏安關(guān)系:無過渡過程無過渡過程tuUS 電容為儲(chǔ)能元件，它儲(chǔ)存的能量為電場能量電容為儲(chǔ)能元件，它儲(chǔ)存的能量為電場能量 ，其，其大小為：大小為： 因?yàn)槟芰康拇鎯?chǔ)和釋放需要一個(gè)過程，所以因?yàn)槟芰康拇鎯?chǔ)和釋放需要一個(gè)過程，所以有有電電容的電路存在過渡過程。容的電路存在過渡過程。電容電路電容電路dtduCi USKR+_CuiUSut復(fù)習(xí)電容元件的伏安關(guān)系復(fù)習(xí)電容元件的伏安關(guān)系:20021CtCCtCCCudtdtduCuidtuW 電感為儲(chǔ)

29、能元件，它儲(chǔ)存的能量為磁場能量，電感為儲(chǔ)能元件，它儲(chǔ)存的能量為磁場能量，其大小為：其大小為： 因?yàn)槟芰康拇鎯?chǔ)和釋放需要一個(gè)過程，所以因?yàn)槟芰康拇鎯?chǔ)和釋放需要一個(gè)過程，所以有有電電感的電路存在過渡過程。感的電路存在過渡過程。電感電路電感電路dtdiLu KRUS+_t=0iLutRUSi復(fù)習(xí)電感元件的伏安關(guān)系復(fù)習(xí)電感元件的伏安關(guān)系:20021LtLLLtLLidtdtdiLidti uW影響過渡過程快慢因素？影響過渡過程快慢因素？含有含有R、C的電路，過渡的電路，過渡過程時(shí)間與過程時(shí)間與RC成正比成正比USKR+_CuCtuCSU含有含有R、L的電路，過渡的電路，過渡過程時(shí)間與過程時(shí)間與L/R成

30、正比成正比KRUS+_t=0iLLtRUSiL在換路瞬間，電容上的電壓、電感中的電在換路瞬間，電容上的電壓、電感中的電流不能突變。流不能突變。設(shè)：設(shè)：t=0 時(shí)換路時(shí)換路00- 換路前瞬間換路前瞬間- 換路后瞬間換路后瞬間)0()0(CCuu)0()0(LLii則：則：換路定理換路定理解釋解釋定理內(nèi)容：定理內(nèi)容：源于能量連續(xù)性原理。源于能量連續(xù)性原理。 換路瞬間，電容上的電壓、電感中的電流不能突換路瞬間，電容上的電壓、電感中的電流不能突變的原因解釋如下：變的原因解釋如下： *自然界物體所具有的能量不能突變，能量的積累自然界物體所具有的能量不能突變，能量的積累或或 釋放需要一定的時(shí)間。釋放需要一

31、定的時(shí)間。電感電感 L 儲(chǔ)存的磁場能量儲(chǔ)存的磁場能量:）（221LLLiW LW不能突變不能突變Li不能突變不能突變CW不能突變不能突變Cu不能突變不能突變電容電容C存儲(chǔ)的電場能量存儲(chǔ)的電場能量:）（221CCuWc 若若cu發(fā)生突變，發(fā)生突變，dtduci不可能不可能！一般電路一般電路則則所以所以,電容電壓電容電壓不能突變不能突變*從各元件伏安關(guān)系分析從各元件伏安關(guān)系分析同理同理,電感電流電感電流不能突變不能突變dtduCiCdtdiLuLiRu )0()0(CCuu)0()0(LLiiCCRSuRiuuU只含一種儲(chǔ)能元件的電路，只含一種儲(chǔ)能元件的電路， 所列寫的方程中含一階所列寫的方程中含

32、一階導(dǎo)數(shù)，故稱為一階電路。導(dǎo)數(shù)，故稱為一階電路。一階電路過渡過程的分析一階電路過渡過程的分析根據(jù)根據(jù)KVL，列電壓方程：，列電壓方程：dtduCiCKRUS+_CCuit=0RuCCSudtduRCU 一階電路一階電路過渡過程過渡過程的求解方法的求解方法(一一) 經(jīng)典法經(jīng)典法: 用數(shù)學(xué)方法求解微分方程；用數(shù)學(xué)方法求解微分方程；(二二) 三要素法（本課重點(diǎn)）三要素法（本課重點(diǎn)）teffftf)()0()()(則電壓或電感電流代表一階電路中的電容設(shè))(tf)(f穩(wěn)態(tài)值穩(wěn)態(tài)值 )0 (f初始值初始值 時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù) 三要素三要素 穩(wěn)態(tài)值的確定穩(wěn)態(tài)值的確定求解要點(diǎn)求解要點(diǎn)：穩(wěn)態(tài)值穩(wěn)態(tài)值穩(wěn)態(tài)下電容視為

33、開路穩(wěn)態(tài)下電容視為開路穩(wěn)態(tài)下電感視為短路穩(wěn)態(tài)下電感視為短路SRSCUuUu)(0)(i0)(iRuRKRUS+_CCuit=0Ru例：例：電路中電路中 u、i 在在 t=時(shí)時(shí)的大小。的大小。求開關(guān)閉合后各電量的穩(wěn)態(tài)值求開關(guān)閉合后各電量的穩(wěn)態(tài)值 初始值的確定初始值的確定求解要點(diǎn)求解要點(diǎn)：初始值初始值1、畫出、畫出t=0-時(shí)的電路時(shí)的電路,直流穩(wěn)態(tài)下電感視為短路直流穩(wěn)態(tài)下電感視為短路,電容視為開路電容視為開路,求求uC(0-)和和iL(0-);3、畫出、畫出t=0+時(shí)的等效電路，時(shí)的等效電路，則電容相當(dāng)于電壓源若0)0(UuC，則電容相當(dāng)于短路若0)0(Cu則電感相當(dāng)于電流源若,)0(0IiL則電

34、感相當(dāng)于斷路若,0)0(Li電路中電路中 u、i 在在 t=0+ 時(shí)時(shí)的大小。的大小。2、根據(jù)換路定理求、根據(jù)換路定理求uC(0+)和和iL(0+);4、根據(jù)電路的基本定律求其它電量的初始值。、根據(jù)電路的基本定律求其它電量的初始值。 時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù) 的確定的確定其中其中R R為換路后，從電容為換路后，從電容C(C(或或L)L)兩端看進(jìn)去的電路其兩端看進(jìn)去的電路其余部分的除源電阻。余部分的除源電阻。計(jì)算時(shí)應(yīng)將計(jì)算時(shí)應(yīng)將C或或L斷開，并除去電路中所有獨(dú)立源斷開，并除去電路中所有獨(dú)立源 (即即電壓源處用短路線代替，電流源處用開路代替電壓源處用短路線代替，電流源處用開路代替)。R、C電路：電路：)(

35、單位為秒RCR、L電路：電路：)(單位為秒RLUSKR3Ct=0R1R2 =(R=(R1 1/R/R2 2+R+R3 3)C)C例：右圖開關(guān)閉合后，例：右圖開關(guān)閉合后，？dudtRiRC didtRuRLL應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例例一例一例二例二例三例三例四例四例五例五例例1：畫出畫出uC(t)曲線（曲線（t0）第一步：求三要素第一步：求三要素0)0(:Uuc已知KRUS+_CCuit=0Ru解：解：第二步：代入通用公式第二步：代入通用公式tCCCCeuuutu)()0()()(0)0()0(UuuCcScUu)(RC第三步：畫過渡過程曲線（由初始值到穩(wěn)態(tài)值）第三步：畫過渡過程曲線（由初始值到穩(wěn)態(tài)值）

36、)(Cu)0 (Cut)(tuC00teUUURCtSS結(jié)論：結(jié)論：0368.0)(UuC,368.0,tet時(shí)當(dāng)tCeUtu0)(設(shè) 例例2 2：過渡過程曲線分析之一過渡過程曲線分析之一CutU0 2 t02345e-t/10.3680.1350.0500.0180.0070uCUO0.368UO0.135UO0.050UO0.018UO0.007UO0過渡過程基本結(jié)束。過渡過程基本結(jié)束。當(dāng)當(dāng) t=（35） 時(shí)，時(shí)， 越大越大，過渡過程曲線變化越慢，達(dá)到，過渡過程曲線變化越慢，達(dá)到 穩(wěn)態(tài)所需要的時(shí)間越長。穩(wěn)態(tài)所需要的時(shí)間越長。結(jié)論：結(jié)論：例例3：過渡過程曲線分析之二過渡過程曲線分析之二321

37、3tUO0. 368UO12132例例4：RC電路電路波形變換之一波形變換之一若若RC值較小，充放電過程很短值較小，充放電過程很短iut1Ut20t3tK+_CRouu U12iuRuCuCUtt1t20t3Utt1t20t3uR=uodtduRCdtduRCRiuiCo根據(jù)根據(jù)KVL知，知，uC 、uR波形如圖。波形如圖。輸入上跳時(shí)，輸出為正脈沖，輸入上跳時(shí)，輸出為正脈沖，輸入下跳時(shí)，輸出為負(fù)脈沖。輸入下跳時(shí)，輸出為負(fù)脈沖。微分電路微分電路若若RC值較大，充放電過程較長值較大，充放電過程較長t1Uiut20t3tRK+_CCouu UuR12iudtuRCdtRuCdtiCuiRo111Utt1t20t3Couu 輸出波形近似為三角波輸出波形近似為三角波dtduCiC由例例5：RC電路電路波形變換之二波形變換之二積分電路積分電路小結(jié)一小結(jié)一基爾霍夫定律基爾霍夫定律是分析電路的依據(jù)是分析電路的依據(jù)節(jié)點(diǎn)電流定律節(jié)點(diǎn)電流定律回路電壓定律回路電壓定律 0i 0u全電路歐