动态电路的初始状态与初始条件

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电路分析中把电路与电源的接通、切断,电路参数的突然改变,电路联接方式的突然改变,电压源的电压或电流源的电流的突然改变等,统称为换路(switching),且认为换路是即刻完成的。

在§1和§2中曾经指出:线性电容元件上的电压(或电荷量)的变化直接受到电容电流的约束、有限电容电流规定了电容电压(或电荷量)的连续变化;电容电压(或电荷量)的跳变则必然伴有无限大的电容电流。线性电感元件中的电流(或磁通链)的变化直接受到电感电压的约束,有限电感电压规定了电感电流(或磁通链)的连续变化;电感电流(或磁通链)的跳变则必然伴有无限大的电感电压。

在电路分析中,一般以换路发生的时刻作为计算时间的起点,即认为换路是在t=0时发生的。为了用数学式来表达在换路前后的转折瞬间,在有限电容电流的条件下电容元件上的电荷(或电压)不能跳变的规律,以及在有限电感电压的条件下电感元件中的磁通链(或电流)不能跳变的规律,我们规定动态电路的初始状态与初始条件表示换路前的一个瞬时,它和t=0之间的间隔趋近于零;动态电路的初始状态与初始条件表示换路后的初瞬,它和t=0之间的间隔也趋近于零。也就是说,动态电路的初始状态与初始条件是t由负值趋近于零的极限,动态电路的初始状态与初始条件则是t由正值趋近于零的极限。于是,由动态电路的初始状态与初始条件动态电路的初始状态与初始条件瞬间,上述诸变量不能跳变的规律可分别表示为

动态电路的初始状态与初始条件(1)

动态电路的初始状态与初始条件 (2)

动态电路的初始状态与初始条件(3)

动态电路的初始状态与初始条件(4)

磁通链动态电路的初始状态与初始条件与电荷量q互为对偶变量,电流动态电路的初始状态与初始条件与电压动态电路的初始状态与初始条件互为对偶变量,因而式(3与式(1)互为对偶,式(4)与式(2)互为对偶。

我们把动态电路中各独立电容电压(或电荷量)和各独立电感电流(或磁通链)在动态电路的初始状态与初始条件时的数值的集合叫做电路的初姑状态(initial state),简称初态;把各独立电容电压(或电荷量)和各独立电感电流(或磁通链)在动态电路的初始状态与初始条件时的数值的集合叫做电路的原始状态(original state)。如果各电容电压和各电感电流在换路瞬间(即动态电路的初始状态与初始条件动态电路的初始状态与初始条件时)不能跳变,则电路的初始状态即为电路的原始状态。反之,则不然。如果在动态电路的初始状态与初始条件时,各电容电压和电感电流均为零,则称之为零原始状态,简称零状态。

电路的初始状态,在一般情况下,可以根据电路的原始状态应用式(1)至式(4)求出。至于电路中其它电压、电流的初始值(例如电阻中的电压和电流、电感电压、电容电流等变量的初始值),可根据换路后的电路和电容电压、电感电流的初始值,以及独立源在动态电路的初始状态与初始条件时的激励值,应用电路的基尔霍夫定律和元件的电压电流关系求出。

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