一階電路根據(jù)KVL和KCL建立微分方程,利用高等數(shù)學(xué)求解微分方程的方法,可求得一階RL電路和RC電路的通解為:
其中三個(gè)要素分別為所求變量的初始值、特解
和時(shí)間常數(shù)
。用微分方程分析方法關(guān)鍵是求解變量的三個(gè)要素。
對(duì)于一階電路,求解電路中任一響應(yīng)隨時(shí)間的變化規(guī)律,都可以利用三要素法。
而對(duì)于一階RL電路,無(wú)任需要求解哪個(gè)變量,都可以首先求解電感電流隨時(shí)間的變化規(guī)律,別的變量隨時(shí)間的變化可以根據(jù)所求的電感電流、已知的電路結(jié)構(gòu)和參數(shù)來(lái)求解。而電感電流的獨(dú)立初始值可根據(jù)換路定則得出。
而對(duì)于一階RC電路,無(wú)任需要求解哪個(gè)變量,都可以首先求解電容電壓隨時(shí)間的變化規(guī)律,別的變量隨時(shí)間的變化可以根據(jù)所求的電容電壓、已知的電路結(jié)構(gòu)和參數(shù)來(lái)求解。而電容電壓的獨(dú)立初始值可根據(jù)換路定則得出。
三要素法數(shù)學(xué)表達(dá)式中,隨時(shí)間變化而不斷減小,因而稱為動(dòng)態(tài)電路的暫態(tài)分量(自由分量)。特解
主要由外加激勵(lì)決定,因此它為動(dòng)態(tài)電路的強(qiáng)制分量。當(dāng)外加激勵(lì)為直流或交流時(shí),特解
為穩(wěn)態(tài)分量。
2、一階電路的全響應(yīng)
1)全響應(yīng)的定義:在非零狀態(tài)的動(dòng)態(tài)電路中,外加激勵(lì)所引起的電路響應(yīng)。
2)全響應(yīng)解的組成
在圖1電路中,電阻、電容以及電壓源全部為已知參數(shù),開(kāi)關(guān)S在t=0時(shí)刻從位置1合到位置2,開(kāi)關(guān)移動(dòng)之前電路處于穩(wěn)態(tài),求換路后的電容電壓。
圖1 一階電路的全響應(yīng)
根據(jù)一階電路的三要素法得:
,即全響應(yīng)=強(qiáng)制分量(穩(wěn)態(tài)解)+自由分量(暫態(tài)解);
或全響應(yīng)表達(dá)為:
,即表示全響應(yīng)=零輸入響應(yīng)+零狀態(tài)響應(yīng)。
這三種情況電容電壓隨時(shí)間變化情況如圖2所示。
圖2 電容電容隨時(shí)間的變化
當(dāng)時(shí),外加激勵(lì)換路后對(duì)電容充電;當(dāng)
時(shí),換路后,電路瞬間進(jìn)入穩(wěn)態(tài),電路沒(méi)有過(guò)渡過(guò)程;當(dāng)
時(shí),換路后電容對(duì)外電路放電。