单元三线性电路的过渡过程 电子教案 电工与电子技术 中职 高三 工信版

单元一：线性电路的过渡过程 教学目标 知识目标： · 了解换路及一阶线性电路过渡过程的概念及物理意义； · 掌握换路定律，并会应用换路定律求动态电路的初值； · 掌握一阶RC 、RL电路的零输入响应的求解方法； · 掌握一阶RC 、RL电路的零状态响应的求解方法； · 掌握三要素法求解一阶RC 、RL电路的全响应。 能力目标： 能利用换路定律解决实际问题，会用三要素法解一阶线性电路的全响应。 素质目标： 培养学生接受新知识的能力。 教学重点 一阶电路的零状态响应；零输入响应及全响应。 教学难点 一阶电路的全响应 教学手段 演示；教学板书；电子课件 教学学时 4H 教 学 内 容 与 教 学 过 程 设 计 注 释 线性电路的过渡过程 （一）换路定律 在运用换路定律求取电路变量的初始值时，应注意以下几点： (1)换路定律只适用于换路瞬间电感的初始电流和电容的初始电压。 (2)一般先根据 时的电路求出 或 ，由式（3-1）或式（3-2）即 可得或，再结合电路其他参数确定t=时刻，电路中其他电压和电流的初始值。 (3)对于直流激励，换路前及很长时间后的稳定状态，电容元件可视为开路，电感元件 可视为短路。 (4)对于已储能的电容和电感，在换路瞬间，即t=时刻，可分别将电容电压作为电 压源和将电感电流作为电流源处理。 （二）一阶RC RL电路过渡过程的分析 1.RC电路的过渡过程分析 （1） RC电路的零输入响应 只含有一个储能元件的电路称为一阶电路。所谓RC电路的零输入响应，是指动态电路在没有独立电源激励时，由初始状态产生的电路响应。 （2） 电路的零状态响应 所谓电路的零状态，是指换路前电容元件没有储能，即 ，在此条件下，由外加激励而引起的电路响应，叫做电路的零状态响应。 （3）.电路的全响应 所谓电路的全响应，是指电源激励，电容元件的初始状态均不为零时电路的响应，也就是零输入响应和零状态响应的叠加。 对于图3-4所示的电路，如果电容元件有初始电压 =， 时，电路方程为 其解的形式如下 由初始条件: , 代入上式得A=U0-Us。所以, 电容上电压的表达式为 例3-5图3-7所示电路中, 开关S断开前电路处于稳态。设已知=20V, R1=R2=1kΩ, 。求开关打开后, 和的解析式, 并画出其曲线。 解 选定各电流电压的参考方向如图所示。 因为换路前电容上电流(0-）=0, 故有 换路前电容上电压为 即 U0=10V 图3-7例3-5图 由于< , 所以换路后电容将继续充电, 其充电时间常数为 将上述数据代入式(3-13) , (3-14), 得 uC , iC随时间的变化曲线如图3-8所示 （三）一阶RL电路的过渡过程的分析 1.串联电路的零输入响应 图3-9是 串联电路。换路前，开关S 合在位置2上，电路处于稳定状态,。在t=0时刻，将开关 S 从位置2合到位置1上，使电路脱离电源，被短路。有一个电感能量消耗的过程。下面分析它的过渡过程。 强调什么是换路 零输入响应的概念 零状态响应的概念 全响应的两部分 强调注意事项 教 学 内 容 与 教 学 过 程 设 计 备注 根据基尔霍夫电压定律，当，电路方程， 即 +=0 (3-15) 其特征根 从而方程3-15的解，即放电电流的形式为 图3-9 RL零输入响应电路 代入初始条件并由换路定律得A=,所以有 （3-16） 式中，τ=,称为电路的时间常数，单位是秒(s)。 电阻元件与电感元件的电压分别为 、和随时间变化的曲线如图3-10所示。 （a） (b) （2）.RL串联电路的零状态响应 利用初始条件，可确定常数。因此后，电路电流的解为 （3）RL 电路的全响应 在图3-12电路中，电源电压为 ，=，这是一个全响应电路。 时，电路的响应形式为 利用初始条件，可得常数，所以 + （3-19） 上式右边第一项为稳态分量，第二项为暂态分量。改写式（3-19）得 +（