1.三要素與三要素法
由前面的分析可知,研究一階電路的瞬態(tài)過程,實(shí)質(zhì)是求解電路的微分方程的過程,即求解微分方程的特解和對應(yīng)齊次微分方程的通解。
不論一階電路的初始值等于多少,也不論它是充電過程還是放電過程,任何電壓和電流隨時間的變化規(guī)律,都可以由下面的公式統(tǒng)一表示為
(7.18)
式中,f(0+)是瞬態(tài)過程中變量的初始值,f(∞)是變量穩(wěn)態(tài)值,τ是瞬態(tài)過程的時間常數(shù)。只要知道這三個量就可以根據(jù)式(7.18)直接寫出一階電路瞬態(tài)過程中任何變量的變化規(guī)律,故把這三個量稱為三要素,這種方法稱為三要素法。
2.三要素法解題的一般步驟:
(1)畫出換路前(t=0-)的等效電路。求出電容電壓uC(0-)或電感電流iL(0-)。
(2)根據(jù)換路定律uC(0+)=uC(0-),iL(0+)=iL(0-),畫出換路瞬間(t=0+)時的等效電路,求出響應(yīng)電流或電壓的初始值i(0+)或u(0+),即f(0+)。
(3)畫出t=∞時的穩(wěn)態(tài)等效電路(穩(wěn)態(tài)時電容相當(dāng)于開路,電感相當(dāng)于短路),求出穩(wěn)態(tài)下響應(yīng)電流或電壓的穩(wěn)態(tài)值i(∞)或u(∞),即f(∞)。
(4)求出電路的時間常數(shù)τ。τ=RC或τ=L/R,其中R值是換路后斷開儲能元件C或L,由儲能元件兩端看進(jìn)去,用戴維南或諾頓等效電路求得的等效電阻。
(5)根據(jù)所求得的三要素,代入式(7.18)即可得響應(yīng)電流或電壓的瞬態(tài)過程表達(dá)式。
例7.3如圖(7.13)(a)所示電路中,直流電壓源的電壓Us=10V,R1=R2=2Ω,R3=5Ω,C=0.5F,電路原已穩(wěn)定,試求換路后的uc(t)。

(a) 原電路圖 (b)t=0-時的等效電路


(c)t=∞時的等效電路 (d )求等效電阻的等效電路
圖7.13 例7.3電路圖
解:用三要素法求解:
(1)畫t=0-時的等效電路,如圖(7.13)(b)所示。電路原以穩(wěn)定,電容等于開路,與C串聯(lián)的R3的電流及電壓皆為零所以:

(2)由換路定律可得 uC(0+)=uC(0-)==-5V。
(3)畫t=∞時的等效電路,如圖(7.13)(c)所示。

(4)求電路時間常數(shù)τ。電容C所接的二端網(wǎng)絡(luò)除源后如圖(7.13)(d)所示。

(5)由公式(7.18)得

例7.4 如圖(7.14)(a)所示電路中,換路前電路呈穩(wěn)態(tài)。當(dāng)開關(guān)S從位置1扳到位置2時,求iL(t)和i(t)。

(a)原電路圖
解:(1)畫出t=0-時的等效電路,如圖(7.14)(b)所示。
因換路前電路已處于穩(wěn)態(tài),故電感L相當(dāng)于短路






(b) t=0-時的等效電路 (c)t=0+時的等效電路 (d)t=∞時的等效電路 (e) 求等效電阻的等效電路
圖7.14 例7.4電路圖
(4)畫出t=∞時的等效電路,如圖(7.14)(d)所示,求iL(∞),i(∞)。

(5)畫出電感開路時求等效內(nèi)阻的電路,如圖(7.14)(e)所示。

根據(jù)式(7.19)求某一響應(yīng),只須求出該響應(yīng)的初始值、穩(wěn)態(tài)解及其穩(wěn)態(tài)初始值和時間常數(shù)即可。
