电路第3章 电路的过渡过程

第3章电路的过渡过程及换路定律本书此前所讨论的电路，不论是直流还是交流，电路的联接方式和参数值是不变的，电源的输出是恒定的或周期性变化的，电路中的各部分电压也是恒定的或周期性变化的。

电路的这种状态称之为稳定状态，简称稳态。

当电路接通、断开或电路各元件的参数变化时，电路中的电压、电流等都在发生改变，从原来的稳定状态变化到另一个新的稳定状态，这个过程称过渡过程。

它不能瞬间完成，需要一定的时间（尽管往往是极短暂的），又称暂态过程。

电路在过渡过程中的工作状态称暂态。

3.1 过渡过程的产生与换路定律3.1.1．电路中产生过渡过程的原因电路中之所以出现过渡过程，是因为电路中有电感、电容这类储能元件的存在。

图3-1（a）中，当接通电源的瞬间，电容C两端的电压并不能即刻达到稳定值U，而是有一个从合闸前的u C=0逐渐增大到u C=U（见图3-1（b））的过渡过程。

否则，合闸后的电压将有跃变，电容电流i C=Cdu/dt将为无穷大，这是不可能的。

图3-1 RC串联电路同样，对于电感电路，图3-2( a)中，当电源接通后，电路的电流也不可能立即跃变到U/R，而是从i L=0逐渐增大到i L=U/R（见图3-2(b)）这样一个过渡过程。

否则，电感内产生的感生电动势e L=-Ldi/dt将为无穷大，也是不可能的。

图3-2 RL串联电路过渡过程产生的实质是由于电感、电容元件是储能元件，能量的变化是逐渐的，不能发生突变，需要一个过程。

而电容元件储有的电场能W C =C 2/2C u ，电感元件储有的磁场能W L =L 2/2Li ，所以电容两端电压u C 和通过电感的电流i L 只能是连续变化的。

因为能量的存储和释放需要一个过程，所以有电容或电感的电路存在过渡过程。

产生过渡过程的内因：电路中存在储能元件 ,C L u i ；外因：电路出现换路时，储能元件能量发生变化。

3.1.2．换路定律电路工作状态的改变如电路的接通、断开、短路、改路及电路元件参数值发生变化等，称换路。

RL电路的过渡过程过渡过程是指从一个稳态状态到另一个稳态状态的中间过程。

在RL 电路中，R代表电阻，L代表电感，过渡过程是指当电路中的电流或电压发生变化时，电阻和电感之间的相互作用导致电路中电流或电压逐渐向新的稳态状态变化的过程。

在RL电路中，当电压源或电流源发生突变时，电感上的电压和电流以及电阻中的电流和电压会逐渐的变化直到最终达到新的稳态。

这个过程可以通过欧姆定律和基尔霍夫电压定律来进行分析和计算。

当电压源突然变化时，电感中的电流发生变化。

根据欧姆定律和基尔霍夫电压定律，电流变化会导致电感中的电压也发生变化。

由于电感的特性，电流的变化是缓慢的，因此电感中的电压也是缓慢变化的。

电流和电压的变化服从指数函数的规律，其具体形式取决于电路中的电阻和电感的数值。

过渡过程可以分为两个阶段：自由响应和强迫响应。

自由响应是指在没有外加电源情况下，电路中的电感和电阻之间的相互作用导致的电流或电压的变化。

在自由响应阶段，电流和电压的变化是由电感的特性决定的。

根据基尔霍夫电压定律和欧姆定律可以得到自由响应的微分方程。

将这个微分方程带入求解，可以得到电流和电压随时间的变化规律。

强迫响应是指在有外加电源情况下，电路中的电感和电阻之间的相互作用导致的电流或电压的变化。

在强迫响应阶段，外加电源的作用使得电流和电压的变化更加复杂。

强迫响应可以通过将外加电源视为输入信号，将电感和电阻视为系统响应，应用输入输出关系进行分析。

在整个过渡过程中，电感中的电流和电压的变化逐渐减小，最终达到新的稳态。

这个过程的时间取决于电路中的电感和电阻的数值，以及外加电源变化的速度。

通过计算和模拟可以得到过渡过程的详细特性。

总之，RL电路的过渡过程是指从一个稳态到另一个稳态之间的中间过程，其中电流和电压的变化是由电感和电阻之间的相互作用导致的。

过渡过程可以分为自由响应和强迫响应两个阶段，并且最终会达到新的稳态。

通过分析欧姆定律和基尔霍夫电压定律，可以得到过渡过程的微分方程并进行求解。

第四章 电路的过渡过程 .................................................................错误!未定义书签。

4.1电路的换路定则与初始值 ............................... 错误!未定义书签。

4.2一阶RC 电路的暂态分析 ................................ 错误!未定义书签。

4.2.1 一阶RC 电路的零输入响应 ........................ 错误!未定义书签。

4.2.3 RC 电路的零状态响应 ............................ 错误!未定义书签。

4.2.3 RC 电路的全响应 ................................ 错误!未定义书签。

4.3一阶RL 电路的暂态分析 ................................ 错误!未定义书签。

4.3.1 一阶RL 电路的零输入响应 ........................ 错误!未定义书签。

4.3.2 一阶RL 电路的零状态相应与全响应 ................ 错误!未定义书签。

4.4一阶电路的三要素法 ................................... 错误!未定义书签。

4.5 二阶电路简介 ......................................... 错误!未定义书签。

4.6电路中暂态过程的利弊 ................................. 错误!未定义书签。

4.7微分电路与积分电路 ................................... 错误!未定义书签。

4.7．1微分电路 ...................................... 错误!未定义书签。

电路的过渡过程简介引言电路过渡过程是指在开关电路中，从一个稳定状态到另一个稳定状态的切换过程。

在现代电子设备中，电路过渡过程的速度和稳定性对设备的性能和可靠性至关重要。

本文将介绍电路过渡过程的定义、重要性以及常见的过渡过程控制方法。

电路过渡过程的定义电路过渡过程是指电路在切换输入条件或内部状态时，电流和电压随时间的变化。

过渡过程通常发生在电路初始状态和目标状态之间，时间长度取决于电路的响应速度和输入信号的变化速度。

电路过渡过程的目标是尽快到达目标状态，并保持稳定。

电路过渡过程的重要性电路过渡过程的速度和稳定性对电子设备的性能和可靠性有着重要影响。

以下是电路过渡过程的几个重要方面：1. 响应时间电路过渡过程的响应时间是指从切换开始到电路到达目标状态所需的时间。

响应时间较短可以提高电路的性能和效率。

2. 峰值电压在过渡过程中，电路中可能会出现峰值电压。

过高的峰值电压可能导致电路元件损坏，因此需要控制峰值电压。

3. 震荡电路过渡过程中可能会出现震荡现象，即电流和电压在稳定状态之间不断变化。

震荡会增加功耗和噪声，影响电路的性能。

过渡过程控制方法为了控制电路过渡过程，提高电路性能和可靠性，有几种常见的方法可以采取：1. 信号延迟信号延迟可以通过添加适宜的延迟电路来实现。

延迟电路可以使输入信号的变化更平缓，减少电路响应的速度，从而控制过渡过程的速度。

2. 滤波器滤波器可以用来控制电路的频率响应，滤除过渡过程中的高频噪声。

常见的滤波器包括低通滤波器和带通滤波器。

3. 反响控制反响控制是一种常见的过渡过程控制方法。

通过检测电路的输出，并通过反响回路调整输入信号，可以使电路更快地到达稳定状态。

4. 优化设计优化电路设计可以提高电路的速度和稳定性。

优化设计包括选取适宜的元件、调整电路拓扑结构以及优化电路参数等。

结论电路过渡过程在现代电子设备中起着重要的作用。

通过适宜的过渡过程控制方法，可以提高电路的性能和可靠性。

我们可以采取信号延迟、滤波器、反响控制和优化设计等方法来控制电路过渡过程。

第三章 电路的暂态分析含有电感或电容储能元件的电路，在换路时会出现暂态过程。

本章研究了暂态过程中电压与电流的变化规律。

主要内容：1．暂态过程的基本概念。

2．换路定则：在换路瞬间，电容电流和电感电压为有限值的情况下，电容电压 和电感电流在换路前后的瞬间保持不变。

3．RC 电路的零输入响应、零状态响应和全响应。

4．RL 电路的零输入响应、零状态响应和全响应。

5．一阶线性电路暂态分析的三要素法：一阶线性电路在直流激励下的全响应零、 输入响应和零状态响应都可以用三要素法τte f f f t f -+∞-+∞=)]()0([)()(来求出。

6．暂态过程的应用：对于RC 串联电路，当输入矩形脉冲，若适当的选择参数 和输出，可构成微分电路或积分电路。

[练习与思考]解答3-1-1什么是稳态？什么是暂态？解：当电路的结构、元件参数及激励一定时，电路的工作状态也就一定，且电流和电压为某一稳定的值，此时电路所处的工作状态就称为稳定状态，简称为稳态。

在含有储能元件的电路中，当电路的发生换路时，由于储能元件储的能量的变化，电路将从原来的稳定状态经历一定时间变换到新的稳定状态，这一变换过程称为过渡过程，电路的过渡过程通常是很短的，所以又称暂态过程。

3-1-2什么是暂态过程？产生暂态过程的原因是什么？解：含有储能元件的电路从一个稳态转变到另一个稳态的所需的中间过程称为电路的暂态过程（过渡过程）。

暂态过程产生的内因是电路中含有储能元件，外因是电路发生换路。

3-2-1 初始值和稳态值分别是暂态过程的什么时刻的值？解：初始值是暂态过程的+=0t 时刻的值，稳态值是暂态过程的∞=t 时刻的值。

3-2-2 如何求暂态过程的初始值？解：求暂态过程初始值的步骤为:⑴首先画出换路前-=0t 的等效电路，求出-=0t 时刻电容电压)0(-C u 和电感电流)0(-L i 的值。

对直流电路，如果换路前电路处于稳态，则电容相当于开路，电感相当于短路。

项目六 认识动态电路的暂态分析任务一 一阶动态电路的基本知识练一练(1)什么叫过渡过程？产生过渡过程的原因和条件是什么？举例说明实际生活中的过渡过程现象。

答：过渡过程是指从一种稳态过渡到另一种稳态所经历的过程。

(2)什么是换路？使用换路定律该注意些什么？答：换路是指电路工作条件发生了改变，如电源的接通或者断开，电路的连接方法或者元件的参数值的突然变化就称为换路。

使用换路定律的时候必须注意，在换路的时候，只有流经电感的电流i L ，电容两端的端电压u C 受换路定律的约束保持不变，电路中的其他电压和电流，是可以跃变的。

(3) 除电容电压)0(+C u 和电感电流)0(+L i ，电路中其它电压和电流的初始值应在什么电路中确定？在t=+0电路中，电容元件和电感元件应如何处理？ 答：电路中其它电压和电流的初始值应在t=0+时刻的等效电路中利用欧姆定律和基尔霍夫定律求解电路中其他初始值。

在t=+0时的等效电路中，将电容和电感进行等效替代。

当 时，电容相当短路； 当 时，电容相当是一个电压值为 的电压源。

对于电感：当 时，电感相当断路；当 时，电感相当是一个电流值为 的电流源。

(4) 一阶电路的三要素公式中的三要素指什么？什么叫初始值？什么叫稳态值？在电路中如何确定初始值及稳态值？答：三要素：换路瞬间的初始值f (0+)，达到新稳态的稳态值f (∞)，时间常数τ 初始值f (0+)：电路中各 u 、i 在 t =0+ 时的数值。

稳态值f (∞)：电路中各 u 、i 在达到新稳态 t =∞时的数值。

)0(C =+u C 0(0)u U +=0U L (0)0i +=L 0(0)i i +=0i初始值的求解：先求u C( 0+)、i L( 0+) 。

1) 由t = 0-的电路（换路前稳态）求u C(0– ) 、i L(0– )；2) 根据换路定律求u C( 0+)、i L( 0+) 。

再求其它电量初始值。

1) 由t =0+的电路求其它电量的初始值；2) 在t =0+时的电压方程中u C = u C( 0+)、t =0+时的电流方程中i L = i L( 0+)。

电路产生过渡过程的原因电路是现代电子技术的基础，其性能和稳定性对于电子产品的质量和可靠性有着至关重要的影响。

然而，在电路运行过程中，我们常常会遇到一些过渡现象，如瞬态响应、振荡、共模干扰等，它们会破坏电路的稳定性和可靠性，给电子产品带来很大的隐患。

那么，这些过渡现象的产生原因是什么呢？1. 瞬态响应的原因瞬态响应是指电路在切换时出现的短暂的响应现象。

例如，当电路切换时，电容器的电压和电流会发生瞬间变化，产生瞬态响应。

瞬态响应的产生原因主要有以下几个方面：（1）电源电压变化：当电源电压发生瞬间变化时，电路中的各个元件会因为电压的变化而产生瞬态响应。

（2）电路切换：当电路中的开关切换时，电路中的元件也会因为电流的变化而产生瞬态响应。

（3）元件参数变化：电路中的元件参数如电容、电感、电阻等的变化都会导致瞬态响应的产生。

（4）信号干扰：外部信号的干扰也会导致电路中的元件产生瞬态响应。

2. 振荡的原因振荡是指电路中产生自激反馈而导致的稳定振动现象。

振荡的产生原因主要有以下几个方面：（1）自激反馈：当电路中存在自激反馈时，其振荡频率和幅度会逐渐增大，直到达到稳定状态。

（2）共振：当电路中存在共振现象时，其振荡频率和幅度也会逐渐增大，直到达到稳定状态。

（3）元件参数变化：当电路中的元件参数如电容、电感、电阻等发生变化时，也会导致振荡的产生。

（4）信号干扰：外部信号的干扰也会导致电路中产生振荡现象。

3. 共模干扰的原因共模干扰是指电路中两个信号之间存在共同的噪声信号，导致信号质量下降的现象。

共模干扰的产生原因主要有以下几个方面：（1）地线干扰：当电路中的地线存在不同电位时，会产生地线干扰，导致共模干扰的产生。

（2）电源干扰：当电源中存在杂散噪声时，会产生电源干扰，导致共模干扰的产生。

（3）信号线干扰：当信号线与其他线路或电源线靠得太近时，会产生信号线干扰，导致共模干扰的产生。

（4）外部信号干扰：外部信号的干扰也会导致电路中产生共模干扰。