电路的过渡过程课件.ppt

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1、第五章电路的过渡过程第一节过渡过程的产生和换路定律第二节RC电路过渡过程及三要素法第三节RL电路的过渡过程第四节过渡过程的利用第一节过渡过程的产生和换路定律一、.过渡过程的概念自然界中的物质运动从一种稳定状态（处于一定的能态）转变到另一种稳定状态（处于另一能态）需要一定的时间。电动机从静止状态（转速为零的状态）起动，到某一恒定转速要经历一定的时间，这就是加速过程；同样当电动机制动时，它的转速从某一恒定转速下降到零，也需要减速过程。这就是说物质从一种状态过渡到另一种状态是不能瞬间完成的，需要有一个过程，即能量不能发生跃变。过渡过程就是从一种稳定状态转变到另一种稳定状态的中间过程。电路从前一

2、个稳定状态转变到后一个稳定状态，也可能经历过渡过程。图5-1a)所示的电路为电阻电路，当开关S断开时，灯泡随之熄灭。图5-1b)所示电路具有一个储能元件——电容器，在开关S断开前，灯泡处于亮状态，电容上累积了电荷，电容两瑞电压为uS，电路处于稳定状态。当把开关S断开时，灯泡会逐渐变暗，直至转为熄灭状态。这是由于电容元件在开关S断开前具有能量储备，致使开关S断开时灯泡中的电流不会立即变为零，需待电容上的初始储能消耗完，电容两端电压降为零时，灯泡才会完全熄灭，电路进入新的稳定状态。电阻电路的状态改变没有过渡过程，而具有储能元件的电路从一个稳定状态变化至一个新的稳定状态，需要一个过渡过程，该过

3、渡过程称为暂态过程或动态过程。当然若开关S状态保持不变（断开或闭合），我们就观察不到这些现象。由此可知，开关断开是产生过渡过程的外因。产生过渡过程的电路必须存在有储能元件（电感或电容），这是产生过渡过程的内因。当内因（具有储能元件）和外因（改变电路状态）都满足时，才能产生有过渡过程。在电路理论中，通常把电路状态的改变（如通电、断电、短路、电信号突变、电路参数的变化等），统称为换路，并假设换路是立即完成的。二、换路定律和初始值的计算电路在换路时所遵循的规律被称为换路定律。1．电容元件对于电容量为常数的线性电容元件，电压与电荷量之间的关系如图5-2a）所示.有设起始时刻为t0，电容器的起始电

4、压为，则电容元件的性能特点如下：（1）电容元件具有通交流隔直流的作用。在任何时刻，通过电容器的电流与此时刻的电压变化率成正比，所以电容器两端加交流电压时，必然有电流iC通过；如果在电容器两端加一直流电，电流iC=0，相当于电容器处于开路状态。（2）电压不能突变，通过电容的电流iC必定为有限值，电容两端的电压是ic随时间t的积分，故电压为连续函数，不能突变。（3）电容器两端的电压uC(t)与t时刻以前的电流有关，即电容器具有“记忆”电流的功能。电容元件的功率：电容器存储的电能：2．电感元件对于电感量为常数的线性电感元件，磁链ψ与电流iL之间的关系如图5-3所示，有设起始时刻为t0，电感的起

5、始电流为，则电感元件的性能特点如下：（1）若通过电感线圈的电流不随时间变化，即为直流电时，uL(t)=0，电感线圈相当于短路。（2）电流不能突变，因为实际电路上电感的电压uL(t)必然为有限值，所以电感中的电流iL为时间的连续函数，。（3）电感元件两端的电流iL(t)与t时刻以前的电压有关，即电感具有“记忆”电压的功能。电感元件的功率：电感存储的电能3．换路定律（1）具有电感的电路如图5-4图所示的RL动态电路。在电阻R、电感L.相串联的电路与直流电源US接通之前，电路中的电流i=0。当闭合开关后，若US为有限值时，电感中电流不能跃变，必定从零逐渐增加到US/R。约定换路时刻为计时起点，

6、即t=0，并把0时刻再划分为：换路前的最后时刻t=0-和换路后的初始时刻t=0+。电感电路的换路定律：在换路后的一瞬间，电感中的电流应保持换路前一瞬间的原有值而不能跃变。即初始电流为零的电感，在换路的一瞬间电感相当于开路。电流连续的原因：若电流可以跃变，则电感上的电压在换路瞬间就是∞，这显然与电源电压为有限值是矛盾的。若从能量的观点考虑，电感的电流突变，根据意味着磁场能量突变，则电路的瞬时功率p=dw/dt就为∞,说明电路接通电源瞬间需要电源供给无限大的功率，。（2)具有电容的回路如图5-5所示图RC动态电路，在电阻R和电容C相串联的电路与直流电源US接通前，电容上的电压uC=0。当闭合

7、开关后，若电源输出电流为有限值时，电容两端电压不能跃变，必定从零逐渐增加到US。电容电路的换路定律：在换路后的一瞬间，电容上的电压应保持换路前一瞬间的原有值而不能跃变。对于一个初始电压为零的电容，在换路的瞬间，电容相当于短路。电压连续的原因可解释如下：首先，若电压可以跃变，则电容上的电流（）在换路瞬间就是∞，这与电源电流为有限值是矛盾的。另外，从能量的观点考虑，电容的电压突变，根据意味着电场能量（）突变，则电路的瞬时功率p=dw/d