其目前的變化規律如圖所示。 第三章電路的轉變過程 轉變過程的原因:內因是電路中存在動態元件L或C; 外因是電路中的電路切換。 引起電路工作狀態變化的各種因素。 如電路的接通、斷開或結構、參數的改變等。 第三章電路的過渡過程電路中含有儲能元件(電感或電容)。 在電路變化的瞬間,儲能元件的能量不能跳變,即感性元件的儲能不能跳變,否則電容性元件的儲能不能跳變。 力量將達到無窮大。 第三章電路的切換過程 3.1.2 電路切換規律及電壓、電流初值的確定 表示電路切換后的初始時刻。 切換定律被表述為跳躍,因為它們的跳躍不會導致能量跳躍。 第3章:電路過渡過程中的等效電路。 求電容電流、電感電壓、電阻電壓和電流的初始值。 在t=0)時,等效地替換了理想電壓源。 如果電容元件不儲存能量,即u=0,則可以認為電容元件短路,用短線代替; 如果電感元件儲存能量,即i=0,則認為該電感元件開路。 初始值的計算步驟: 剩余的電壓和電流與初始值無關,不需要計算。 (2) 根據換路規律,得到電容電壓和電感電流的初始值,即 u 第 3 章:電路的過渡過程示例 i 根據換路規律和已知條件下,電路中各電壓、電流的初始值為第3章電路的過渡過程3.2一階RC和RL電路的過渡過程分析一階電路僅包含一個儲能元件或者是一個儲能元件。動態電路可相當于一個儲能元件。
一階電路的零輸入響應在一階電路中,如果輸入激勵信號為零,則僅通過儲能元件的初始儲能來激勵響應。 第三章電路的過渡過程 3.2.1 RC 電路的零輸入響應 RC 電路的零輸入響應實際上是分析充電電容通過電阻的放電過程。 如圖所示電路中,當開關S處于位置1時,電源對電容器C充電,并已達到穩定狀態。 如果在時間t=0時將開關從位置1移至位置2,則電路與電源斷開并且輸入信號。 為零rl一階電路時間常數,電路進入過渡過程。 根據電路開關規律,此時電容元件已儲存能量,電容元件開始通過電阻R放電。 RC電路的零輸入響應第三章電路的過渡過程各參考方向電路中的電壓和電流如圖所示。 根據基爾霍夫電壓定律,電容上的零輸入響應電壓為: RC 通過數學分析和推導可以得到,當電路的初始值第3章電路的過渡過程=RC時,單位為秒(s)電容器上的零輸入響應電流和電壓曲線衰減的速度。 理論上,電路需要無限的時間才能達到穩定狀態。 由于t3τ之后,暫態過程被認為已經結束,即電路進入了新的穩態。 τ 越小,曲線增長或衰減越快。 因此,改變R或C的值,即改變τ的值,可以改變電容器放電的速度。 例如如圖所示,可知當100為1時,電路已達到穩定狀態。 嘗試求出開關 S 從 1 移至 2 20 秒時的 pF。 開關 S 時 第 3 章電路的過渡過程 第 3 章電路的過渡過程 3.2.2 RL 電路的零輸入響應 RL 電路的零輸入響應是指磁場能量存儲在電路中的物理過程。電感通過電阻R釋放。
如圖所示電路中,當開關S處于位置1時,電路已處于穩態。 此時,如果電感中的電流=0,將開關從位置1移至位置2,電路與電源斷開,信號輸入為零時,電路進入過渡過程,是電路的初始值。 電路中各電壓、電流的方向如圖所示。 電路的零輸入響應。 第3章電路的過渡過程。 電感上的零輸入響應電流為: dtdi 電感上的零輸入響應電流和電壓曲線如左圖所示。 第3章電路的過渡過程時間常數τ的大小也反映了RL電路響應衰減的快慢。 在相同大的初始電流I下,L越大,電感中存儲的磁場能量越多,通過電阻釋放電流所需的時間越長,瞬態過程越長。 當電阻較小時,在相同大的初始電壓下,電阻消耗的功率較小,瞬態過程較長。 因此,改變L或R的值,即改變τ的值,可以改變RL電路暫態過程的時間。 第三章電路的過渡過程 3.2.3 一階電路的三元法 一階電路的過渡過程通常是:電路的響應從初始值過渡到新的穩態值,并逐漸趨于穩定。根據指數規律達到新的穩態值,達到新的穩態值的速率與時間常數τ有關。 一階電路三元件法只要給出電路切換后的初始值、穩態值和時間常數τ三元件,就可以直接求得一階電路暫態過程的解是已知的。 一階電路響應的一般公式為: )代表電路的初始值,f()代表電路的穩態值。 第3章電路過渡過程的求解方法如下: (1)確定初值,利用電路切換規律,求得RC電路中的等效電路rl一階電路時間常數,=RC; 在 RL 電路中,τ = R/L。 電阻R是改變電路后動態元件兩端的戴維南等效電阻。