6.2分析RC串联电路的过渡过程（课件）-《电工技术基础与技能》同步教学（苏教版）

模块6 线性电路的过渡过程 任务二 分析RC串联电路的过渡过程 任务三 任务一 分析RL串联电路的过渡过程 学习动态电路的基本知识 本模块学习内容 学习目标 任务描述 任务分析 知识链接 任务二 分析RC串联电路的过渡过程 RC串联电路放电过程 RC串联电路的应用 RC串联电路接通直流电源充电过程 任务二学习重点 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 学习目标 ● 理解RC串联电路时间常数的概念，了解充放电 过程中电压和电流的变化规律。 ● 掌握 RC 串联电路充放电过程中电压和电流的 求解方法。 ● 了解 RC 微分电路和 RC 积分电路的工作原理。 任务二 分析RC串联电路的过渡过程 任务描述 任务分析 ● 在电路换路后，纯电阻电路不存在过渡过程，只有 电容和电感这样的储能元件才有过渡过程，而且这两种 元件的过渡过程是有差别的。那么，电容元件在电路换 路后的过渡过程中电压和电流是怎样变化的呢？如何描 述它们的变化规律呢？ ● 在不同的换路情况下，具有电容元件的电路在过渡过 程中电压和电流的变化与哪些因素有关？通过本任务的 学习，我们可以了解电容元件在接通和断开电源时不同 过渡过程中电路的分析方法。 任务二 分析RC串联电路的过渡过程 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 知识链接 只含有一种储能元件的线性电路称为一阶线性电路。在 一阶线性电路的过渡过程中，电路中各部分的电流和电压 是由电路的稳态分量和过渡过程中的暂态分量两部分组成 的，由数学知识可以得到分析一阶线性电路过渡过程中任 一变量的一般公式如下 上式中　　 f（t）——表示电路中的电流或电压； f（）——表示电路过渡完成后的稳态量； f（0 ）——表示电路的初始值； ——是与电路参数有关的时间量。 任务二 分析RC串联电路的过渡过程 知识链接 一、RC串联电路接通直流电源充电过程 如图2-70所示的RC串联电路，换路前电容两端电压为 零，即 uC（0 ）=0。在t=0时刻合上开关 S，电源E开 始对电容充电。 电容的充电过程可用示波器观察，uc、uR、 ic随时间的 变化规律如图 2-71 所示。 任务二 分析RC串联电路的过渡过程 知识链接 1、确定初始值 2、确定稳态值 3、时间常数=RC 在一定的电压下，电容C越大，所能存储的电荷越多， 需要充电的时间越长；电阻R越大，充电的电流越小，所 需要充电时间越长。 值越大充电过程越慢；反之，充电 过程越快。表2-8列出t 等于0、、…5时的衰减值。 任务二 分析RC串联电路的过渡过程 知识链接 理论上，电路只有经过t 时间才能达到稳态，但由于 指数曲线开始变化较快， 而后逐渐减慢，实际上只要经 过4～5的时间就可以认为充电过程基本结束。 则可得 出电压和电流表达式分别为 任务二 分析RC串联电路的过渡过程 知识链接 例2.12 如图2-72所示电路，t=0时将开关S合上，此前电容未充电，试求： （1）电容电压uC表达式，并画出其波形； （2）uC达到80V所需时间。 任务二 分析RC串联电路的过渡过程 知识链接 解：（1）根据换路定律 任务二 分析RC串联电路的过渡过程 知识链接 Uc曲线如图2-73所示 （2）当Uc=80V时，解得 t=0.08s 二、RC串联电路放电过程 如图2-74（a）所示，设开关S在位置1达到直流稳态。 在t=0时，将开关S 置于 位置2，已带电的电容通 过R放电。换路后的等效 电路如图2-74（b）所示。 任务二 分析RC串联电路的过渡过程 知识链接 下面讨论电容电阻串联放电过程中，电压和电流随时间的变化规律。 1、确定初始值 2、确定稳态值 3、时间常数=RC RC串联电路放电过程中的电压、电流的方程为 任务二 分析RC串联电路的过渡过程 知识链接 电容的放电过程可用示波器观察，uc、uR、ic随时间的 变化规律如图2-75所示。 任务二 分析RC串联电路的过渡过程 知识链接 例2.13 在图2-74（a）中，已知电源电压为E=100 V， R=20kΩ、C=50F。 开关S在t=0时刻转向2位置，电容开 始放电，问： 电容放电3s时电容电压为多少？ 电容放电后电压降到20V需用多长时间？ 解：（1）在t= 时电容两端电压 时间常数 任务二 分析RC串联电路的过渡过程 知识链接 （2）电容放电后电压降到20V所用时间为 解得