一階電路根據KVL和KCL建立微分方程,利用高等數學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:
其中三個要素分別為所求變量的初始值、特解
和時間常數
。用微分方程分析方法關鍵是求解變量的三個要素。
對于一階電路,求解電路中任一響應隨時間的變化規律,都可以利用三要素法。
而對于一階RL電路,無任需要求解哪個變量,都可以首先求解電感電流隨時間的變化規律,別的變量隨時間的變化可以根據所求的電感電流、已知的電路結構和參數來求解。而電感電流的獨立初始值可根據換路定則得出。
而對于一階RC電路,無任需要求解哪個變量,都可以首先求解電容電壓隨時間的變化規律,別的變量隨時間的變化可以根據所求的電容電壓、已知的電路結構和參數來求解。而電容電壓的獨立初始值可根據換路定則得出。
三要素法數學表達式中,隨時間變化而不斷減小,因而稱為動態電路的暫態分量(自由分量)。特解
主要由外加激勵決定,因此它為動態電路的強制分量。當外加激勵為直流或交流時,特解
為穩態分量。
2、一階電路的全響應
1)全響應的定義:在非零狀態的動態電路中,外加激勵所引起的電路響應。
2)全響應解的組成
在圖1電路中,電阻、電容以及電壓源全部為已知參數,開關S在t=0時刻從位置1合到位置2,開關移動之前電路處于穩態,求換路后的電容電壓。
圖1 一階電路的全響應
根據一階電路的三要素法得:
,即全響應=強制分量(穩態解)+自由分量(暫態解);
或全響應表達為:
,即表示全響應=零輸入響應+零狀態響應。
這三種情況電容電壓隨時間變化情況如圖2所示。
圖2 電容電容隨時間的變化
當時,外加激勵換路后對電容充電;當
時,換路后,電路瞬間進入穩態,電路沒有過渡過程;當
時,換路后電容對外電路放電。