電子電路中RC及LC電路瞬態過程如何分析?
答;電子電路中電阻R和電容C串聯以後,再透過轉換開關K接到電壓為E的電源上,如下圖(a)。 如果在K末接上之前電容器C是不帶電的(即它的二塊極板上沒有電荷),那麼當開關K擲向1時,電源電壓E就透過電阻R向電容器C充電,這時在電路中就有一個充電電流(I充)流過,
如上面(b)所示。 這個充電電流在K開始合上的一瞬間數值最大,以後隨著時間的推遲,由於充電電流把電荷送到電容C的二塊極板,電容C的二塊極板之間就建立起電壓Uc,隨著Uc的升高,充電電流便逐漸減小,經過相當長的時間,電容器二極板之間的電壓上升到接近電源電壓E,於是充電電流(I充)也就幾乎為零,這時我們稱充電過程基本結束。 RC充電電流(I充)的變化規律如下面(a)所示,如果用分式來表示,則可寫成下面形式丨充=E/R^-1/RC 通常稱為按指數規律變化。 電容C兩端的電壓也是按指數規律變化的,如下面圖(b)所示,用公式表示如下;Uc=E/(1-e^-t/RC) 充電電流(|充)流經電阻時,在R兩端所產生的電壓降為;UR=I充*R=Ee^-t/RC 如下圖(C)所示。
根據上面三個公式和電流電壓波形可以看出,只有經過無限長的時間,電容兩端電壓Uc才能充到電源電壓E,充電電流(|充) 與電阻兩端壓降UR才降到零。 由時間常數τ=RC可知,充電的快慢和電容C的容量及電阻R的阻值有關,而與電源電壓E卻無關。如果把已經充好電的電容C斷開K擲向2的位置,這時電容C上原有電荷的極板就要透過電阻R進行放電,放電過程中的電流(1放)的方向與充電過程中(|充)的方向相反,電容二端的電壓Uc和放電電流(|放)將亦按指數規律下降到零,放電快慢也取決於電容C和電阻R的數值(即時間常數τ=RC),τ愈小,放電時間越短,τ越大,則放電時間越長。
LC正弦波振盪器
LC振盪囂如下面圖所示 當開關k合至1時,電容器被充電到電壓E,當開關由1合至2時,電容便透過電感線圈L構成放電迴路,電容器在放電過程中將其貯藏的電能變或電感線圈的磁能,過一會電感線圈又向電容C充電,把磁能變為電能。於是在這個由電感、電容組成的電路中,電壓與電流的大小和方向成周期性變化的過程稱為電振盪。這樣的自由電振盪是不能長久維持下去的,因為導線電阻R在每一次充放電的過程中都要將一部分電能轉換成熱能而消耗。電容c上的電壓每經一次振盪,都將減小一些,最後就停振了,這種減幅振盪又稱之為阻尼振盪,其波形如下面圖(a)。
當線圈向電容放電時,電容電壓上升,上升至最大時(由於電路中存在電阻,它要消耗能量,故此值總是小於電動勢E),很快地開關K由2合到1,電源將對電容C充電,使電容電壓仍為E。再由1合到2時,振盪幅度就和第一次一樣。如果對每一次振盪都有電源來補充能量,就可以得到等幅振盪的正弦波,如下面圖(b)所示。
當開關K的拔動和自由振盪完全同步時,我們就說振盪器諧振了。 那麼振盪的頻率決定什麼呢?它僅僅決定於電路的元件數值,在簡單的LC振盪器中f=1/2π√LC或ω=1/√LC,式中f為頻率,單位為HZ,L為電感線圈的電感量,單位為享利H,C為電容器的電容量,單位為法拉F。 電振盪的問題是否就此結束了嗎?沒有。如果每次振盪需要幾十秒,那麼人還來得及拔動開關k。如果每次振盪只有1秒或更短時間,人們就無法完成拔動開關k了。這時就必須藉助於電子元器件了。於時人們就利用晶體三極體來代替開關K以補充能量了。
知足常樂2018.3.2於上海
電子電路中RC及LC電路瞬態過程如何分析?
答;電子電路中電阻R和電容C串聯以後,再透過轉換開關K接到電壓為E的電源上,如下圖(a)。 如果在K末接上之前電容器C是不帶電的(即它的二塊極板上沒有電荷),那麼當開關K擲向1時,電源電壓E就透過電阻R向電容器C充電,這時在電路中就有一個充電電流(I充)流過,
如上面(b)所示。 這個充電電流在K開始合上的一瞬間數值最大,以後隨著時間的推遲,由於充電電流把電荷送到電容C的二塊極板,電容C的二塊極板之間就建立起電壓Uc,隨著Uc的升高,充電電流便逐漸減小,經過相當長的時間,電容器二極板之間的電壓上升到接近電源電壓E,於是充電電流(I充)也就幾乎為零,這時我們稱充電過程基本結束。 RC充電電流(I充)的變化規律如下面(a)所示,如果用分式來表示,則可寫成下面形式丨充=E/R^-1/RC 通常稱為按指數規律變化。 電容C兩端的電壓也是按指數規律變化的,如下面圖(b)所示,用公式表示如下;Uc=E/(1-e^-t/RC) 充電電流(|充)流經電阻時,在R兩端所產生的電壓降為;UR=I充*R=Ee^-t/RC 如下圖(C)所示。
根據上面三個公式和電流電壓波形可以看出,只有經過無限長的時間,電容兩端電壓Uc才能充到電源電壓E,充電電流(|充) 與電阻兩端壓降UR才降到零。 由時間常數τ=RC可知,充電的快慢和電容C的容量及電阻R的阻值有關,而與電源電壓E卻無關。如果把已經充好電的電容C斷開K擲向2的位置,這時電容C上原有電荷的極板就要透過電阻R進行放電,放電過程中的電流(1放)的方向與充電過程中(|充)的方向相反,電容二端的電壓Uc和放電電流(|放)將亦按指數規律下降到零,放電快慢也取決於電容C和電阻R的數值(即時間常數τ=RC),τ愈小,放電時間越短,τ越大,則放電時間越長。
LC正弦波振盪器
LC振盪囂如下面圖所示 當開關k合至1時,電容器被充電到電壓E,當開關由1合至2時,電容便透過電感線圈L構成放電迴路,電容器在放電過程中將其貯藏的電能變或電感線圈的磁能,過一會電感線圈又向電容C充電,把磁能變為電能。於是在這個由電感、電容組成的電路中,電壓與電流的大小和方向成周期性變化的過程稱為電振盪。這樣的自由電振盪是不能長久維持下去的,因為導線電阻R在每一次充放電的過程中都要將一部分電能轉換成熱能而消耗。電容c上的電壓每經一次振盪,都將減小一些,最後就停振了,這種減幅振盪又稱之為阻尼振盪,其波形如下面圖(a)。
當線圈向電容放電時,電容電壓上升,上升至最大時(由於電路中存在電阻,它要消耗能量,故此值總是小於電動勢E),很快地開關K由2合到1,電源將對電容C充電,使電容電壓仍為E。再由1合到2時,振盪幅度就和第一次一樣。如果對每一次振盪都有電源來補充能量,就可以得到等幅振盪的正弦波,如下面圖(b)所示。
當開關K的拔動和自由振盪完全同步時,我們就說振盪器諧振了。 那麼振盪的頻率決定什麼呢?它僅僅決定於電路的元件數值,在簡單的LC振盪器中f=1/2π√LC或ω=1/√LC,式中f為頻率,單位為HZ,L為電感線圈的電感量,單位為享利H,C為電容器的電容量,單位為法拉F。 電振盪的問題是否就此結束了嗎?沒有。如果每次振盪需要幾十秒,那麼人還來得及拔動開關k。如果每次振盪只有1秒或更短時間,人們就無法完成拔動開關k了。這時就必須藉助於電子元器件了。於時人們就利用晶體三極體來代替開關K以補充能量了。
知足常樂2018.3.2於上海