暂态学习情境七.doc

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1、教案授课顺序：授课日期班级专业教学内容学习情境七：电路过渡过程的观测教学目的理解换路定律，并能熟练计算动态电路的初始值。重点难点换路定律，初始值。作业布置引导文其他记载11教案任务一：RC过渡过程的观测一、暂态过程在以前各情景分析的直流电路及周期电流电路中，所有的响应或是恒稳不变，或是按周期规律变动。电路的这种工作状态称为稳定状态，简称稳态。实际上，这样的响应只是全部响应的一部分，而不是响应的全部。在开关接通或断开以后，电路中的某些参数往往不能立即进入稳定状态，而是要经历一个中间的变化过程，我们称之为过渡过程或

2、暂态过程。含有储能元件（L、C）的电路称为动态电路。仅含有一个储能元件（或经化简后只含一个储能元件）的电路叫一阶电路。（一）过渡过程的产生如图7-1所示，三只灯泡、、为同一规格，开始时开关K处于断开状态，并且各支路电流为零，在这种稳定状态下，、、都不亮。当开关K闭合后，我们发现，在外施直流电压作用下，灯泡在开关闭合瞬间立即变亮，而且亮度稳定不变；图7-1过渡过程的产生灯泡在开关闭合瞬间忽然闪亮了一下，随着时间的延迟逐渐暗下去，直到完全熄灭；灯泡由暗逐渐变亮，最后亮度达到稳定。由此可见含有电感、电容元件的电路，从

3、一种稳态达到另外一种稳态时存在着一个中间过程，即存在着过渡过程。在图7-1所示的电路中，是开关的闭合导致了电容、电感支路的过渡过程的产生。我们把这种由于开关的接通、断开、电源电压的变化、元件参数的改变以及电路连接方式的改变，导致电路工作状态发生变化的现象称为换路。实践证明，换路是电路产生过渡过程的外部因素，而电路含有储能元件，才是过渡过程产生的内部因素。在图7-1所示电路，同样是换路，电阻支路由于不含储能元件，就没有过渡过程产生，即，灯泡11教案在开关闭合瞬间立即变亮，而且亮度稳定不变。而电感和电容支路的情况就

4、不同了，就如同用水桶加装自来水，桶中的水不可能忽然变化、瞬间加满，水的增加需要经历一定的时间一样，电路发生换路时，电感元件和电容元件中储存的能量也不能突变，这种能量的储存和释放也需要经历一定的时间。电容储存的电场能量，电感储存的磁场能量。由于两者都不能突变，所以在L和C确定的情况下，电容电压和电感电流也不能突变。这样在图7-1所示的电路中，当K闭合以后，电感支路电流将从零逐渐增大，最终达到稳定，因此，灯泡由暗逐渐变亮，最后亮度达到稳定。与此同时，电容两端的电压从零逐渐增大，直至最终稳定为,相应地，灯泡两端的电压

5、从逐渐减小至零，致使的亮度逐渐变暗，直至最后熄灭。电路的过渡过程虽然时间短暂（一般只有几毫秒，甚至几微妙），在实际工作中却极为重要。例如，在电子技术中常用它来改善波形或产生特定波形；在计算机和脉冲电路中，更广泛地利用了电路的暂态特性；在控制设备中，则利用电路的暂态特性提高控制速度等等。当然，过渡过程也有其有害的一面，由于它的存在，可能在电路换路瞬间产生过电压或过电流现象，使电气设备或元件受损，危及人身及设备安全。因此，研究电路过渡过程的目的就是要认识和掌握这种客观存在的物理现象的规律。在生产实践中既要充分利用它

6、的特性，又要防止它可能产生的危害。（二）换路定律及初始值的计算从上面分析中，我们已经得出这样的结论：电路在发生换路时，电容元件两端的电压和电感元件上的电流都不会突变。假设换路是在瞬间完成的，则换路后一瞬间电容元件两端的电压应等于换路前一瞬间电容元件两端的电压，而换路后一瞬间电感元件上的电流应等于换路前一瞬间电感元件上的电流，这个规律就称为换路定律。它是分析电路过渡过程的重要依据。计算动态电路的暂态响应，一般都把换路的瞬间取为计时起点，即取为，并把换路前最后一瞬间记作,把换路后最初一瞬间记作，则，换路定律可以表达

7、为：例如，一RL串联电路，在时刻换路，若换路前电感元件有初始能量，电感元件上的电流为2A，则换路后，电感元件的初始电流11教案;若该电路在换路前电感上没有初始储能，则换路后，电感元件上的初始电流。响应在换路后最初一瞬间（即）时的值，统称为初始值。电路换路后，电路中各元件上的电流和电压将以换路后一瞬间的数值为起点而连续变化。初始值是研究电路过渡过程的一个重要指标，它决定了电路过渡过程的起点。初始值分为独立初始值和相关初始值。电容的电压及电感的电流称为独立初始值，其他可以跃变的初始值称为相关初始值。计算初始值一般按

8、如下步骤进行：(1)确定换路前电路中的、，若电路较复杂，可先画出时刻的等效电路图，再用基尔霍夫定律求解；（2由换路定律确定独立初始值和；（3）根据动态元件初始值的情况画出时刻的等效电路图：当=0时，电感元件在图中相当于开路；若≠0时，电感元件在图中用数值等于的恒流源代替；当=0时，电容元件在图中相当于短路；若≠0，则电容元件在图中用数值等于的恒压源代替。(4)由基尔霍夫定律及欧姆定律，