电路的暂态分析精品PPT课件

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第3章电路的暂态分析
3.1 电阻元件、电感元件与电容元件 3.2 储能元件和换路定则 3.3 RC电路的响应 3.4 一阶线性电路暂态分析的三要素法
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第3章电路的暂态分析
稳定状态：在指定条件下电路中电压、电流已达到稳定值。
暂态过程：电路从一种稳态变化到另一种稳态的过渡过程。
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u t 1
t idt 1
t0 idt 1
t
idt
C
C
C t0
ut0
1 C
t
idt
t0
电容元件VCR 的积分形式
表明: 电容元件有记忆电流的作用，故称电容为记忆元件
注（1）当 u，i 为非关联方向时，上述微分和积分表达
式前要冠以负号 ;
（2）上式中 u(t0) 称为电容电压的初始值，它反映电容初始时刻的储能状况，也称为初始状态。
u(Gu) u2G
上述结果说明电阻元件在任何时刻总是消耗功率的。
能量
可用功表示。从 t0 到 t 时刻电阻消耗的能量：
t
t
W pdt uidt R
t0
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t0
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4. 电阻的开路与短路
+
i 短路线性电阻元件的电流无论为何值时，
其两端电压均为零。
u
R
i0 u0
明
电压不能跃变，反映了储能不能跃变；
（2）电容储存的能量一定大于或等于零。
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从 t1 时刻到 t2时刻电容储能的变化量：
WC
1 2
Cu2
(t
2
)
1 2
Cu2
(t1
)
1 2C
q2(t2)
1 2C
q2(t1 )
充电时，有u(t2 ) u(t1 )，故WC (t2 ) WC (t1 )
q
q Cu or C q tan
u
C 电路符号
Ou
＋
u
－
单位
C 称为电容器的电容, 单位：F (法)
(Farad，法拉), 常用 F、p F、n F等表示。
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线性电容的电压、电流关系
i +q C -q
电容元件VCR 的微分形式
＋
表明:
u
－
u、i 取关联
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电阻的阻值
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电阻的额定功率
P U I IR I I 2 R
流经电路中某个电阻的电流为200mA，电阻的阻值为 100Ω，则电阻获得的功率为：
P I 2 R 2m 0 2 0 1 A 0 4 W 0
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–
R 0oG r
u
开（断）路线性电阻元件的端电压无论为
何值时，其电流均为零。
i
i0 u0
R oG r0
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贴片电阻
碳膜电阻金属膜电阻线绕电阻
电阻器的尺寸主要取决于什么？
体积小重量轻可靠性高
阻值范围宽价格低廉
稳定性高精度高
功率大
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放电时，有u(t2 ) u(t1 )，故WC (t2 ) WC (t1 )
电容能在一段时间内吸收外部供给的能量，转化为电场能量储存起来，在另一段时间内又把能量释放回电路，因此电容元件是无源元件、是储能元件，它本身不消耗能量。
Ru i
伏安特性为一条过原点的直线
i u RGu
单位
R 称为电阻，单位： (欧) (Ohm，欧姆)
G 称为电导，单位：S(西) (Siemens，西门子)
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3. 功率和能量
功率
+
Ri
u－
p吸 ui
i2R u2G
Ri
－u +
p吸 ui(R)ii i2R
决定阻值的因素
R L S
T01T
几种常见材料的0℃电阻率与温度系数
材料
银
铜
铝
铁
碳
镍铬合金
0 / ·m 1.5×10-8 /(℃-1) 4.0×10-3
1.6×10-8 4.3×10-3
2.5×10-8 8.7×10-8 4.7×10-3 5.0×10-3
3500×10-8 －5.0×10-4
110×10-8 1.6×10-4
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3. 电容的功率和储能
du
功率
p ui u C
dt
u、 i 取关
联参考方向
电容的储能
W C t ui d t tud C dd u t t1 2C2u t t
1
Cu2 (t )
1
若u( ) 0
Cu2()
1
Cu2 (t )
0
2
2
2
表（1）电容的储能只与当时的电压值有关，电容
电阻元件
对电流呈现阻力的元件。其伏安关系用u～i
平面的一条曲线来描述：
u
f(u,i)0
伏安特性
i
2. 线性电阻元件
任何时刻端电压与其电流成正比的电阻元件。
R
电路符号
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u～i 关系
+
u、i 取关联
参考方向
满足欧姆定律 (Ohm’s Law)
Ri
u
u－
i
uRi
种储存电能的部件。
1. 定义
电容元件
储存电能的元件。其特
性可用u～q 平面上的
一条曲线来描述
f (u, q) 0
u q
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2. 线性电容元件
任何时刻，电容元件极板上的电荷q与电压 u 成正比，q
~ u 特性是过原点的直线。
研究暂态过程的实际意义
1. 利用电路暂态过程产生特定波形的电信号如锯齿波、三角波、尖脉冲等，应用于电子电路。
2. 控制、预防可能产生的危害暂态过程开始的瞬间可能产生过电压、过电流使电气设备或元件损坏。
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3.1 电阻元件、电感元件与电容元件
13..1定.1义电阻元件
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电阻的额定功率
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电阻的额定值
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3.1.2 电容元件
(C电a容p器acitor) 在外电源作用下，两极板
上分别带上等量异号电荷
q
+
_q
，撤去电源，板上电荷仍
可长久地集聚下去，是一
参考方向
i dq C du dt dt
Βιβλιοθήκη Baidu
(1) i 的大小取决于 u 的变化率, 与 u 的大小无关，电容是动态元件；
(2) 当 u 为常数(直流)时，i =0。电容相当于开路，电容有隔断直流作用；
(3) 实际电路中通过电容的电流 i 为有限值，则电容电压u
必定是时间的连续函数。 16/72