序言
在先前的文章中,我曾多次對二階系統(tǒng)非常是RLC電路進(jìn)行估算,對RLC諧振電路熟悉的電路愛好者應(yīng)當(dāng)都曉得在諧振時系統(tǒng)的電壓或則電流會達(dá)到最大,然而卻比較少關(guān)注器件的功率,以及RLC在串聯(lián)或并聯(lián)以及使用電流激勵或電壓激勵等不憐憫況下的區(qū)別。
在本文中,主要估算RLC電路在RLC串聯(lián)余弦電流激勵、RLC并聯(lián)余弦電流激勵和RLC并聯(lián)余弦電壓激勵共三種情況的穩(wěn)態(tài)時,各個器件的電流U、電流I、視在功率S隨頻度的變化。為防止重復(fù)工作,本文在估算時會參照先前文章早已得出的推論和公式。
前文導(dǎo)航:
[1]:RLC串聯(lián)電路電壓響應(yīng):
[2]:二階常系數(shù)線性微分等式解:
正文
1、正弦電流源驅(qū)動的RLC串聯(lián)電路
圖1.1:電流源驅(qū)動的RLC串聯(lián)電路
1.1公式
為便捷后續(xù)討論,先定義以下符號,符號意義可參考先前的文章
圖1.2:符號定義
串聯(lián)電路所有器件電壓相等,因而先解算電壓有效值(Irms)(器件已達(dá)到穩(wěn)態(tài))
圖1.3:RLC串聯(lián)電路余弦電流激勵器件電壓
按照RLC三種器件的電流與電壓的關(guān)系,可得三種器件的電流有效值(Urms)為
圖1.4:RLC串聯(lián)電路余弦電流激勵器件電流
功率=電流×電流,因而RLC三種器件和激勵源的視在功率(S)為
圖1.5:RLC串聯(lián)電路余弦電流激勵器件視在功率
1.2圖象
將以上公式勾畫成圖象,因為ζ的不同會造成圖象個別部份差別巨大,因而分別選定ζ={0.088,0.250,0.500,0.707,1.414,4.000}進(jìn)行畫圖。以下為器件電壓(Irms)圖象
圖1.6:RLC串聯(lián)電路余弦電流激勵器件電壓圖象
以下為器件電流(Urms)圖象
圖1.7:RLC串聯(lián)電路余弦電流激勵器件電流圖象(ζ=0.088)
圖1.8:RLC串聯(lián)電路余弦電流激勵器件電流圖象(ζ=0.250)
圖1.9:RLC串聯(lián)電路余弦電流激勵器件電流圖象(ζ=0.500)
圖1.10:RLC串聯(lián)電路余弦電流激勵器件電流圖象(ζ=0.707)
圖1.11:RLC串聯(lián)電路余弦電流激勵器件電流圖象(ζ=1.414)
圖1.12:RLC串聯(lián)電路余弦電流激勵器件電流圖象(ζ=4.000)
以下為器件功率(S)圖象
圖1.13:RLC串聯(lián)電路余弦電流激勵器件功率圖象(ζ=0.088)
圖1.14:RLC串聯(lián)電路余弦電流激勵器件功率圖象(ζ=0.250)
圖1.15:RLC串聯(lián)電路余弦電流激勵器件功率圖象(ζ=0.500)
圖1.16:RLC串聯(lián)電路余弦電流激勵器件功率圖象(ζ=0.707)
圖1.17:RLC串聯(lián)電路余弦電流激勵器件功率圖象(ζ=1.414)
圖1.18:RLC串聯(lián)電路余弦電流激勵器件功率圖象(ζ=4.000)
1.3規(guī)律總結(jié)
(1)內(nèi)阻、電感、電容三個器件的電壓變化規(guī)律一致。在Ω1時則以-20dB/dec的速度減緩。
(2)內(nèi)阻的電流變化規(guī)律與電壓一致。
(3)電感的電流變化規(guī)律會在電壓基礎(chǔ)上+20dB。Ω<1時,電流以+40dB/dec降低;Ω>1則弄成±0dB/dec保持穩(wěn)定;Ω=1附近會隨ζ的不同有不同行為。
(4)電容的電流變化規(guī)律會在電壓基礎(chǔ)上-20dB。Ω1則以-40dB/dec降低;Ω=1附近會隨ζ的不同有不同行為。
(5)內(nèi)阻的功率在Ω1時以-40dB/dec減小;Ω=1時達(dá)到最大。
(6)電感的功率在Ω<1時以+60dB/dec降低;Ω>1時以-20dB/dec減小;Ω=1時取決于ζ。
(7)電容的功率在Ω<1時以+20dB/dec降低;Ω>1時以-60dB/dec減小;Ω=1時取決于ζ。
(8)電源的功率在Ω<1時以+20dB/dec降低;Ω>1時以-20dB/dec減小;Ω=1時達(dá)到最大。
(9)電源的電流和功率在Ω<1時幾乎由電容全部承受,此時Us=UC>>UR>>UL,Ss=SC>>SR>>SL;Ω=1時由內(nèi)阻全部承受;Ω>1時幾乎由電感全部承受電壓串聯(lián)和并聯(lián)的區(qū)別,此時Us=UL>>UR>>UC,Ss=SL>>SR>>SC。
(10)ζ的值會急劇影響Ω=1附近各器件的行為。當(dāng)ζ≥0.707時系統(tǒng)不會發(fā)生諧振,此時UL和UC均≤Us,SL和SC均≤Ss;當(dāng)ζUR而且≥Us,SL和SC均>SR而且≥Ss。
將以上部份規(guī)律總結(jié)為表格
圖1.19:RLC串聯(lián)電路余弦電流激勵部份規(guī)律
2、正弦電流源驅(qū)動的RLC并聯(lián)電路
圖2.1:電流源驅(qū)動的RLC并聯(lián)電路
2.1公式
符號定義同前章
圖2.2:符號定義
該電路擁有兩個節(jié)點和兩個環(huán)路電壓串聯(lián)和并聯(lián)的區(qū)別,共擁有三個拓?fù)浼s束:uS=uC=uR+uL,iR=iL,ius=iL+iC,經(jīng)估算得各器件電壓有效值(Irms)(器件已達(dá)到穩(wěn)態(tài))
圖2.3:RLC并聯(lián)電路余弦電流激勵器件電壓
三種器件的電流有效值(Urms)為
圖2.4:RLC并聯(lián)電路余弦電流激勵器件電流
最終RLC三種器件和激勵源的視在功率(S)為
圖2.5:RLC并聯(lián)電路余弦電流激勵器件視在功率
2.2圖象
將以上公式勾畫成圖象,因為ζ的不同會造成圖象個別部份差別巨大,因而分別選定ζ={0.088,0.250,0.500,0.707,1.414,4.000}進(jìn)行畫圖。以下為器件電壓(Irms)圖象
圖2.6:RLC并聯(lián)電路余弦電流激勵器件電壓圖象(ζ=0.088)
圖2.7:RLC并聯(lián)電路余弦電流激勵器件電壓圖象(ζ=0.250)
圖2.8:RLC并聯(lián)電路余弦電流激勵器件電壓圖象(ζ=0.500)
圖2.9:RLC并聯(lián)電路余弦電流激勵器件電壓圖象(ζ=0.707)
圖2.10:RLC并聯(lián)電路余弦電流激勵器件電壓圖象(ζ=1.414)
圖2.11:RLC并聯(lián)電路余弦電流激勵器件電壓圖象(ζ=4.000)
以下為器件電流(Urms)圖象
圖2.12:RLC并聯(lián)電路余弦電流激勵器件電流圖象(ζ=0.088)
圖2.13:RLC并聯(lián)電路余弦電流激勵器件電流圖象(ζ=0.250)
圖2.14:RLC并聯(lián)電路余弦電流激勵器件電流圖象(ζ=0.500)
圖2.15:RLC并聯(lián)電路余弦電流激勵器件電流圖象(ζ=0.707)
圖2.16:RLC并聯(lián)電路余弦電流激勵器件電流圖象(ζ=1.414)
圖2.17:RLC并聯(lián)電路余弦電流激勵器件電流圖象(ζ=4.000)
以下為器件功率(S)圖象
圖2.18:RLC并聯(lián)電路余弦電流激勵器件功率圖象(ζ=0.088)
圖2.19:RLC并聯(lián)電路余弦電流激勵器件功率圖象(ζ=0.250)
圖2.20:RLC并聯(lián)電路余弦電流激勵器件功率圖象(ζ=0.500)
圖2.21:RLC并聯(lián)電路余弦電流激勵器件功率圖象(ζ=0.707)
圖2.22:RLC并聯(lián)電路余弦電流激勵器件功率圖象(ζ=1.414)
圖2.23:RLC并聯(lián)電路余弦電流激勵器件功率圖象(ζ=4.000)
2.3規(guī)律總結(jié)
(1)內(nèi)阻和電感的電壓是同一個,其轉(zhuǎn)折頻度與R/L值有關(guān)。在Ω2ζ時則以-20dB/dec的速度減緩。
(2)電容的電壓在全頻度內(nèi)均為+20dB/dec。
(3)電源的電壓為IR和IL與IC二者中的最大值;但在Ω=1且ζ2ζ時以-20dB/dec減慢。
(9)電容的功率在全頻度內(nèi)均為+20dB/dec。
(10)電源的功率為SR、SL與SC兩者中的最大值;但在Ω=1且ζ