电路过渡过程的规律与研究

在前面分析的直流线性电路中，电源（激励）为恒定值，电路中各部分电压或电流（响应）也是恒定值，这种电路的工作状态为稳定状态，简称稳态。但在实际中存在这样一种情况：当电路中含有电容或电感等储能元件，电路发生变化前后，电路分别处于不同的稳态，而这两种稳态的转变往往不是突变的，需要经历一个中间过程，这个中间过程称为过渡过程。

过渡过程和换路定律

例如，电路中由于电容元件的存在，电源接通后对电容充电而使其电压逐渐提高，最后电容充电结束，电路重新稳定。那么电容的充电这一过程就是一个过渡过程；电感由于电磁感应作用而使电流不能立即达到新的稳定值，这也是一个渐变的过渡过程。

以图3-23所示电路试验为例，分析产生过渡过程的条件。

图3-23　过渡过程演示电路

开关S开始断开，灯泡L1、L2、L3均熄灭，电路的电压和电流均为零，电路是一个稳定状态。

当闭合开关S时，电阻支路的灯泡L1立即发光，且亮度不再变化，说明这一支路没有经历过渡过程，立即进入了新的稳态；电感支路的灯泡L2由暗渐渐变亮，最后灯光稳定，电路达到稳定状态，说明电感支路经历了过渡过程；电容支路的灯泡L3由亮变暗直到熄灭，说明电容支路也经历了过渡过程。

通过过渡过程演示电路可以发现，首先，若开关S状态保持不变（断开或闭合），电感支路和电容支路就没有这个现象产生。由此可知，产生过渡过程的条件一是接通了开关，但接通开关并非都会产生过渡过程，如电阻支路。产生过渡过程的两条支路都存在储能元件（电感或电容），并且电容电压、电感电流值不等于新的稳态值，这是产生过渡过程的必备条件。在电路理论中，通常把电路状态的改变（电路的接通或切断、激励或参数的突变等）统称为换路，并认为换路是立即完成的。(www.xing528.com)

综上所述，若要使电路的状态发生改变，必须满足下列3个条件。

① 电路中至少需要有一个储能元件（也叫动态元件）。

② 电路需要换路。

③ 换路后的瞬间，电容电压、电感电流值不等于新的稳态时的电压、电流值。

电路过渡过程所经历的时间往往较为短暂，所以过渡过程称为瞬态，又称为暂态。电路的暂态过程虽然在很短的时间内就会结束，但却会给电路带来比稳态大得多的过电流和过电压。电路中出现的这种短暂的过电流和过电压，一方面可用来产生所需要的波形或电源，另一方面它又可能会使电气设备工作失效，甚至造成严重的事故。因此，有必要对电路的暂态过程进行分析，以掌握其规律，为电路分析和设计服务。

研究暂态过程，就是要认识和掌握暂态过程的规律。分析暂态电路的基本方法主要有数学分析和试验分析。数学分析方法的理论依据是欧姆定律及基尔霍夫定律；试验分析方法是在试验课程中综合应用示波器或仿真软件等，用来观测暂态过程中各物理量随时间变化的规律。