暂态电路分析：理论与实践

过渡过程普遍存在于自然界的各种运动和变化过程中。例如,电动机在不用时是静止的,其转速为零,是一种稳定状态。启动时,将电动机接通电源,它的转速从零逐渐上升到某一稳定值,即达到另一种稳定状态。这个启动过程不是瞬间完成,而是一个需要经历一定的时间才能完成的过程,这个过程称为过渡过程。因过渡过程较为短暂,故称暂态过程。暂态过程也存在于电路中,在一定的条件下,电路从一种稳定状态转换到另一种稳定状态,是不能跃变的,是一个需要时间的过程,这个过程就是电路的暂态过程。

暂态过程的产生需要外部条件和内部条件。外部条件是电路被换路。所谓的换路,是指电路的接通、断开、改接、元件参数改变等引起电路工作状态变化的过程,并认为换路是瞬间完成的。内部条件是当发生换路时电路从一种稳定状态转换到另一种稳定状态时导致能量的存储和释放。一般能量的存储和释放是不能跃变的,需要一定的时间。如果电路中含有储能元件电容C或电感L,当电路发生换路时,会伴随着电容中电场能量的变化和电感中磁场能量的变化,故电容的电压uC和电感中的电流iL不能发生跃变,只能逐渐变化,即出现暂态过程。

虽然暂态过程极为短暂,但是分析和研究暂态过程却有重要的实际意义:一方面可充分利用电路的一些暂态特性,如在电子技术中利用RC电路的充放电来产生脉冲信号;另一方面又可采取保护措施,以防止暂态过程产生的过电压和过电流造成的破坏性后果。(www.xing528.com)

如果电路的暂态过程可用一阶微分方程来描述,则称为一阶暂态电路。本节讨论由直流电源驱动的一阶线性RC暂态电路和RL暂态电路的分析方法。