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这两个图,都有2个储能元件,表面看是二阶电路,要列解二阶微分方程;
但实际上,都被开关隔绝为2个独立的、互不相干的一阶电路,仍然可用三要素法计算。
上图。
开关打开前,上部6Ω电阻与右回路3Ω电阻并联,等效为2Ω电阻;电路是稳态,电容无电流,去掉。
要求UL(0),必须知道IL(0),先用回路法计算电流。
左回路电流设为 I1,方向顺时针;右回路电流设为 I2,方向逆时针;
左回路电压方程 3I1 + 2( I1 + I2 ) = 4,2I2 = 4 - 5I1;
右回路电压方程 2I2 + 2( I1 + I2 ) = 16,4I2 = 16 - 2I1,2I2 = 8 - I1;
联立, 4 - 5I1 = 8 - I1,4I1 = -4,I1 = -1A;
IL(0-) = I1 = -1A;
开关打开后,右回路三元件串联成一个支路,两端电压恒定为16v,所以电流及各元件电压与左回路无关。
IL(0+) = IL(0-) = -1A,UL(0+) = 16 - 3 * (-1) - 2 * (-1) = 21v,UL(∞) = 0;
注:图中未标明UL方向,只能自己设。上式将其设为左负右正。如果老师补给的方向相反,上式及以下计算都要随之改变。
-t/τ = -t/[ 2/(2+3) ] = -2.5t;
UL(t) = 0 + ( 21 - 0 )e^(-2.5t) = 21e^(-2.5t);
我严重怀疑题目有异,老师想让计算的是UC(t)和IL(t),这样才能两部分都计算到。若如此,有疑请追问。
下图。
开关打开前,电路是稳态,电容无电流,不影响其它。电感相当导线。
左侧2个2Ω电阻并联,再与右侧4Ω电阻串联,构成一个支路,等效为5Ω电阻;
上部5Ω电阻为另一个支路;
电阻相等,上下支路各1A;2Ω电阻各0.5A;
IL(0-) = 1 + 0.5 = 1.5A;
Uc(0-) = -( 4Ω * 1A ) = -4v;
开关打开,上部5Ω电阻一端悬空,无电流电压,去掉;
左部分3元件与右部分2元件串联,接在电流源两端。表面上两部分有关联,实际上两部分电流都是恒定的2A,所以两部分的电压及元件的电流分配只与自己有关,与另一部分无关。即电流源将两部分隔离了。如此才能按一阶电路计算。
左部分,IL(0+) = IL(0-) = 1.5A,IL(∞) = 1A;
计算等效电阻要开路电流源,故 -t/τ = -t/[ 2/(2+2) ] = -2t
IL(t) = 1 + ( 1.5 - 1 )e^(-2t) = 1 + 0.5e^(-2t) A;
左侧2Ω电阻电压 U1(t) = 2Ω * IL(t) = 2 + e^(-2t) v;
右部分,电容电压不能突变,Uc(0+) = Uc(0-) = -4v,Uc(∞) = -(2A * 4Ω ) = -8v;
-t/τ = -t/[ 4 * 1/4 ] = -t;
Uc(t) = -8 + [ -4 - (-8) ]e^(-t) = -8 + 4e^(-t) v
Uab(t) = U1(t) - Uc(t) = 2 + e^(-2t) + 8 - 4e^(-t) = 10 + e^(-2t) - 4e(-t) v 。
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