情景一电容器的充放电过程

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1、学习情景一电容器的充放电过程理解暂态响应、稳态响应的含义，通过电容器的充电过程学习理解零状态响应、通过电容器的放电过程学习理解零输入响应,并掌握它们的分析计算方法。理解动态电路中时间常数τ的意义。一、教学目标项目九一阶动态电路的分析与实践二、工作任务1、研究RC电路在充放电情况下，响应的基本规律和特点。2、学习使用脉冲信号发生器。3、学习用示波器观察分析电路的响应。项目九一阶动态电路的分析与实践1.利用信号发生器输出的方波来模拟阶跃激励信号，即利用方波输出的上升沿作为零状态响应的正阶跃激励信号；利用方波的下降沿作为零输入响应的负阶跃激励信号。只要选择方波的重复周期远大于电路的时间常数τ，那

2、么电路在这样的方波序列脉冲信号的激励下，它的响应就和直流电接通与断开的过渡过程是基本相同的。三、实践知识项目九一阶动态电路的分析与实践三、实践知识2.图示的RC一阶电路的零输入响应和零状态响应分别按指数规律衰减和增长，其变化的快慢决定于电路的时间常数τ。项目九一阶动态电路的分析与实践三、实践知识时间常数τ的测定方法:用示波器测量零输入响应的波形如图所示。根据一阶微分方程的求解得知当t＝τ时，uc(t)＝0.368Um。此时所对应的时间就等于τ。项目九一阶动态电路的分析与实践三、实践知识用示波器测量零状态响应波形如图所示。由uc增加到0.632Um所对应的时间测得，如图所示。项目九一阶动态电

3、路的分析与实践实验设备序号名  称型号与规格1信号发生器2双踪示波器3动态电路实验板DS-C-27项目九一阶动态电路的分析与实践（一）换路定则和初始值的计算（二）一阶电路的零输入响应（三）一阶电路的零状态响应四、理论知识项目九一阶动态电路的分析与实践动态电路的时域分析当电路的结构或元件的参数发生变化时，电路由原来的稳定状态转变到另一个稳定状态，这个过程称为电路的过渡过程。过渡过程是一种暂态。在暂态分析中，含有储能元件（C或L）的电路成为动态电路。暂态分析有两种方法：经典法——时域分析（解微分方程）。运算法——复频域分析（用积分变换）。项目九一阶动态电路的分析与实践动态电路的时域分析实验：当

4、开关S闭合时，就看到三种现象：（1）电路支路的灯泡DR会立即亮，而且亮度始终不变；（2）电感支路的灯泡DL由不亮逐渐变亮，最后亮度达到稳定；（3）电容支路的灯泡DC由亮变暗，最后熄灭。项目九一阶动态电路的分析与实践零状态：换路前电路中的储能元件均未贮存能量，称为零状态。零输入：换路后电路中无电源激励（即输入信号为零）时，为零输入。一阶电路状态有两种：项目九一阶动态电路的分析与实践换路定则和初始值的计算电路中开关的接通、断开或电路参数的突然变化等统称为“换路”。动态分析就是研究换路后电路中电压或电流的变化规律，知道了电压、电流的初始值，就能掌握换路后电压、电流是从多大的初始值开始变化的。储能

5、元件的初始值由换路定则确定。项目九一阶动态电路的分析与实践一、换路定则该定则说明若电容电压、电感电流为有限值，则uC、iL不能跃变，即换路前后一瞬间的uC、iL是相等的，可表达为：uC(0+)=uC(0-)iL(0+)=iL(0-)必须注意：只有uC、iL受换路定律的约束而保持不变，电路中其他电压、电流都可能发生跃变。项目九一阶动态电路的分析与实践约定换路时刻为计时起点，即t=0换路前的最后一瞬间：换路后的最初一瞬间：换路后的一瞬间，电感中的电流应保持换路前的原有值而不能跃变。初始值：换路后的最初一瞬间（即t=0+时刻）的电流、电压值。初始值组成解电路微分方程的初始条件。项目九一阶动态电路

6、的分析与实践换路后瞬间电容电压、电感电流的初始值，用uC(0+)和iL(0+)来表示，它是利用换路前瞬间t=0-电路确定uC(0-)和iL(0-)，再由换路定则得到uC(0+)和iL(0+)的值。电路中其他变量如iR、uR、uL、iC的初始值不遵循换路定则，它们的初始值需由t=0+电路来求得。二、初始条件的计算项目九一阶动态电路的分析与实践具体求法：画出t=0+电路，在该电路电容用一个电压源uC(0+)代替，若uC(0+)=0，则电容用短路线代替。电感用一个电流源iL(0+)代替，若iL(0+)=0，则电感作开路处理。下面举例说明初始值的求法。项目九一阶动态电路的分析与实践例9－1图9－1

7、（a）所示电路中,直流电压源的电压Us=50V,R1=R2=5Ω,R3=20Ω。电路原已达到稳态。在t=0时断开开关S,试求t=0＋时的S+－+－+－+－+－(a)电路图项目九一阶动态电路的分析与实践解(1)确定独立初始值uC(0＋)及iL(0＋)画出t=0-时的等效电路（换路前已达稳态，所以电感元件如同短路，电容元件如同开路）由换路定则得:iL(0+)=iL(0-)=5A，uC(0+)=uC(0-)=25Vt=0-时