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          一階電路的全響應和三要素法

          作者: 時間:2011-07-17 來源:網(wǎng)絡 收藏

          由外加激勵和非零初始狀態(tài)的儲能元件的初始儲能共同引起的響應,稱為全響應,全響應就是微分方程的全解,是方程的特解與其齊次方程的通解之和。

          圖8-6-1

          如圖8-6-1所示電路,開關S閉合前,電容兩端已有初始電壓,時刻,開關S閉合,后,列寫電路的KVL方程:

          (式8-6-1)

          (式8-6-1)與上一節(jié)的(式8-5-1)一樣,同理可得:

          (式8-6-2)

          根據(jù)換路定則:

          由(式8-6-2)得:

          因此:

          最終得到全響應:

          (式8-6-3)

          現(xiàn)對(式8-6-3)作一個變形,即:

          (式8-6-4)

          回顧用經(jīng)典法求解一階電路過渡過程的步驟,發(fā)現(xiàn)一階電路的全響應總等于對應的一階線性常系數(shù)微分方程的全解,記為,總有:

          (式8-6-5)

          式中代表方程特解,代表齊次方程的通解,而總為指數(shù)形式,則:

          (式8-6-6)

          時刻的值:

          ,

          于是得到:

          (式8-6-7)

          (式8-6-7)就是著名的三要素公式。它是求解一階動態(tài)電路的簡便有效的工具。在(式8-6-7)中包含了一階動態(tài)電路的三個要素:

          :是一階線性常系數(shù)微分方程的特解,是一階動態(tài)電路在激勵作用下的強制分量。當激勵是直流或正弦交流電源時,強制分量即是穩(wěn)態(tài)分量,這時候,可按直流電路、正弦交流穩(wěn)態(tài)電路的求解方法求得,;

          :是響應在換路后瞬間的初始值,按§8-3節(jié)中介紹的方法求解:

          *:是時間常數(shù),一個一階電路只有一個時間常數(shù)。,是電路儲能元件兩端的端口等效電阻。

          例8-6-1 如圖8-6-2所示電路,,原來打開,C上無電荷。閉合,求;當時,又閉合,求。

          圖8-6-2例8-6-1附圖

          解:由題意知:

          根據(jù)換路定則:

          此處激勵為直流,當時,閉合,的穩(wěn)態(tài)值為,即有:

          時間常數(shù):

          利用三要素公式(式8-6-11)得到:

          (V)

          ,閉合,有:

          的換路時刻,仍滿足換路定則:

          的換路時刻,仍滿足換路定則:

          的穩(wěn)態(tài)值仍為,則:

          時間常數(shù):

          又因為換路在進行,延遲了,故而根據(jù)三要素公式得到:

          (V),

          例8-6-2 在圖8-6-3所示電路中,,電路已達穩(wěn)態(tài)。時,開關S閉合,求開關S中的過渡電流?

          圖8-6-3例8-6-2附圖

          解: ,電路已達穩(wěn)態(tài),可利用相量計算。由KVL得:

          時刻:

          根據(jù)換路定則:

          ,且:

          畫出時刻的等效電路(圖略),即可求得:

          后,即是穩(wěn)態(tài)開關電流,此時串聯(lián)支路被S短接,電容C兩端的電荷已放電完畢,故:

          時間常數(shù):

          (s)

          根據(jù)三要素公式:



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