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RC电路的暂态剖析

2017-05-09 12:38分类:电工基础知识 阅读:

 

图1所示是一RC串联电路。可分三种照应对其进行暂态剖析。

1、零状况照应

图1 RC电路

所谓RC电路的零状况,是指换路前电容元件未储有能量,即 。在此条件下,由电源煽动所发作的电路的照应,称为零状况照应。

在图1中,假定在t=0时将开关S合到方位1上,电路即与一安稳电压为U的电压源接通,对电容元件开端充电,其上电压为

依据基尔霍夫电压规矩,列出 时电路的微分方程

(1)

上式的通解有两个有些:一个是特解 ,一个是补函数

特解取电路的稳态值,或称稳态重量,即

补函数是齐次微分方程

的通解,其办法为

代入上式,得特征方程

其根为

式中, ,它具有时刻的量纲,所以称为RC电路的时刻常数。

因而,式(1.37)的通解为

图2零状况照应

设换路前电容元件未储有能量,即初始值 ,则 ,所以得

(2)

其随时刻的改动曲线如图2所示。

即从t=0经过一个τ的时刻 添加到安稳值U的63.2%。

从理论上讲,电路只需经过t=∞的时刻才干抵达安稳。可是,因为指数曲线开端改动较快,然后逐步缓慢。所以,实习上经t=5τ的时刻,就足能够为抵达安稳状况了。τ愈小,曲线的添加就愈快。

由式(2)也可求出 ,即

(3)

(4)

2、零输入照应

所谓RC电路的零输入,是指无电源煽动,输入信号为零。在此条件下,由电容元件的初始状况 所发作的电路的照应,称为零输入照应。

假定在图3中,当电容元件充电到 时,行将开关S从方位1合到2,脱离电源(输入为零),电容元件开端放电,稳态值 [初始值 ],则经求解可得

(5)

其随时刻的改动曲线如图4所示。

图3 RC电路

图4 零输入照应

t=τ

即从t=0经过一个τ的时刻uC衰减到初始值 的36.8%。τ愈小,衰减愈快。

由式 (5)也可求出

(6)

(7)

上两式中的负号标明放电电流的实习方向与图1中所选定的参看方向相反。

3、全照应

假定在图5中,电容元件初始电压为 ,t=0时,将开关S从方位合到2,电路即进入全照应。

图5RC电路

所谓RC电路的全照应,是指电源煽动和电容元件的初始状况 均不为零时电路

的照应,也即是零状况照应与零输入照应两者的叠加。

(8)

由式 (8)可写出剖析一阶线性电路暂态进程中恣意变量的一般公式,即

(9)

只央求得初始值 、稳态值 和电路时刻常数τ这三个“要素”,就能直接写出电路的照应(电压或电流)。这即是一阶线性电路暂态剖析的三要素法。

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