(s)
所以,补函数即暂态分量为:
将稳态分量与暂态分量相加,即得微分方程的全解,为:
A代入上式,即可求得积分常数A为:
所以:
(A)
(V)
uC和iC随时间变化的曲线分别如图6.22(a)、(b)所示。
将初始值
图6.20 习题6.8的图 图6.21 习题6.8解答用图
(a)iL随时间变化的曲线 (b)uL随时间变化的曲线
图6.22 iL和uL随时间变化的曲线
6.9 如图6.23所示电路,开关闭合时电容充电,再断开时电容放电,分别求充电及放电时电路的时间常数。
分析 本题要求计算RC电路的时间常数,计算公式为
,式中的R是换路后的电路除去电
源(恒压源短路,恒流源开路)和电容(开路)后,从电容两端所得无源二端网络的等效电阻,也
就是从电容两端看进去的戴微南等效电源或诺顿等效电源的内阻。值得注意的是,在同一个RC电路中,各处电流和电压的时间常数相同,但本题中开关闭合时的电路与开关断开时的电路不同,因此两种情况下的时间常数不同。
解 (1)计算开关闭合时电路的时间常数。开关闭合时的电路如图6.24(a)所示,由于将10V恒压源短路后,6Ω电阻也被短路,所以,从电容两端所得无源二端网络的等效电阻为:
(Ω)
时间常数为:
(s)
(2)计算开关断开时电路的时间常数。开关断开时的电路如图6.24(b)所示,由于10V恒压源已断开,所以,从电容两端所得无源二端网络的等效电阻为:
(Ω)
时间常数为:
(s)
图6.23 习题6.9的图 图6.24 习题6.9解答用图
6.10 如图6.25所示电路,分别求开关闭合及断开时电路的时间常数。
分析 本题要求计算RL电路的时间常数,计算公式为,式中的R是换路后的电路除去电源(恒压源短路,恒流源开路)和电感(开路)后,从电感两端所得无源二端网络的等效电阻,也就是从电感两端看进去的戴微南等效电源或诺顿等效电源的内阻。同理,在同一个RL电路中,各处电流和电压的时间常数相同,但本题中开关闭合时的电路与开关断开时的电路也不相同,因此两种情况下的时间常数也不同。
解 (1)计算开关闭合时电路的时间常数。开关闭合时的电路如图6.26(a)所示,由于将10V恒压源短路后,6Ω电阻也被短路,所以,从电感两端所得无源二端网络的等效电阻为:
(Ω)
时间常数为:
(s)
图6.25 习题6.10的图 图6.26 习题6.10解答用图
(2)计算开关断开时电路的时间常数。开关断开时的电路如图6.26(b)所示,由于10V恒压源已断开,所以,从电感两端所得无源二端网络的等效电阻为:
(Ω)
时间常数为:
(s)
6.11 在如图6.27所示电路中,mA,kΩ,kΩ, 并画出uC随时间变化的曲线。
时开关闭合,开关闭合前电路已处于稳态。已知 kΩ,
μF。试用三要素法求开关闭合后的uC,
图6.27 习题6.11的图
分析 本题要求用三要素法求解一阶电路的响应。本题的待求响应为电容电压uC,故只要求得uC的初始值
、稳态值
即可。
解 (1)求初始值。因为开关S闭合之前电路已处于稳态,故在瞬间电容C可看作开路,因此电阻R2和R3均被开路,如图6.28(a)所示,从而得此时的电容电压为:
(V)
根据换路定理,在
瞬间的电容电压为:
(V)
和时间常数
,然后将它们代入三要素公式
(a)求uC(0-)的电路 (b)求uC(∞)的电路 (c)求R的电路 (d)uC的波形
图6.28 习题6.11解答用图
(2)求稳态值。当时,电容C同样可看作开路。由于开关S已闭合,因此电阻R2和R3串联后再与R1并联,如图6.28(b)所示,所以,求出并联电路两端的电压后,再用分压公式即可求出此时的电容电压,为:
(V)
(3)求时间常数τ。将电容支路断开,恒流源开路,由于开关S已闭合,从电容两端看进去,电阻R1和R2串联后再与R3并联,如图6.28(c)所示,因此得:
(kΩ)
时间常数为:
(s)
(4)求uC。利用三要素公式,得:
(V)
uC的波形如图6.28(d)所示。 6.12 在如图6.29所示电路中,mA,kΩ,kΩ, 并画出uC随时间变化的曲线。
时开关打开,开关打开前电路已处于稳态。已知 kΩ,
μF。试用三要素法求开关打开后的uC,
图6.29 习题6.12的图
分析 与上题比较,本题换路前的电路与上题换路后的电路相同,本题换路后的电路却上题换路前
的电路相同。从而可以推知,对电容电压而言,本题的初始值应等于上题的稳态值,本题的稳态值应等于上题的初始值。下面的求解结果正好证实了这一推论。另外还需注意,由于两题中换路后的电路不同,故它们的时间常数也不相等。
解 (1)求初始值。因为开关S打开之前电路已处于稳态,故在瞬间电容C可看作开路,因此电阻R2和R3串联后再与R1并联,如图6.30(a)所示,所以,求出并联电路两端的电压后,再用分压公式即可求出此时的电容电压,为:
(V)
根据换路定理,在
瞬间的电容电压为:
(V)
(2)求稳态值。当时,电容C同样可看作开路。由于开关S已打开,因此电阻R2和R3均被开路,如图6.30(b)所示,从而得此时的电容电压为:
(V)
(3)求时间常数τ。将电容支路断开,恒流源开路,由于开关S已打开,从电容两端看进去,电阻R1和R2串联,如图6.30(c)所示,因此得:
(kΩ)
时间常数为:
(s)
(4)求uC。利用三要素公式,得:
(V)
uC的波形如图6.30(d)所示。
(a)求uC(0-)的电路 (b)求uC(∞)的电路 (c)求R的电路 (d)uC的波形
图6.30 习题6.12解答用图
6.13 在如图6.31所示电路中,mA,
间变化的曲线。
kΩ,
时开关闭合,开关闭合前电路已处于稳态。已知 μF。试用三要素法求开关闭合后的uC,并画出uC随时