RC电路的暂态剖析
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
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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
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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。
当 时
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 和
,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。
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图3 RC电路 | 图4 零输入照应 |
当t=τ时
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。
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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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