RCL电路的暂态特性和稳态特性02.docx

R、C、L电路的暂态特性和稳态特性

一、电容的概念
1、水桶是用来装水的，水桶里的水越多，水位就越高。所以，水桶里的水位与水量成正比，与水桶的截面积成反比。底面积为一平方米的水桶，每加入一吨的水，水位会上升1米。
电容是用于储存电荷的。电容储存的电荷越多，电容两端的电压就越高。电容两端的电压与它所储存的电荷量成正比，与电容量成反比。（电容量相当于水桶的底面积）
一库仑的电量=6.25×个电子所携带的电量，一法拉的电容每储存一库仑的电量，电容两端的电压就会增加1V。

所以，水桶的水位发生变化的先决条件，是水桶中的储水量发生变化。水桶中的储水量发生变化的先决条件，是存在注水和放水的现象。
所以，电容两端电压发生变化的先决条件，就是电容储存的电量发生变化。电容储存的电量发生变化的先决条件，就是电容对外存在充放电现象，也就是对外存在充放电的电流。
2、电流的概念：电流就是电荷的定向运动。目前人力可以做到的，就是使导体中的自由电子发生定向运动。
3、电流强度的概念：单位时间内流过导体截面积的电荷量，就是电流强度。
4、一安培电流的定义：一安培的电流就是每一秒钟流过导体截面积一库仑的电荷量，也就是每一秒钟流过导体截面积6.28×个电子。
5、所以，电容两端电压发生的变化与时间之间的关系：
6、电容器对于直流电压的性能
当电容器加上直流电压的时候，直流电压会通过输出电流的方式向电容器注入电荷。电容器会因为电荷量增加的原因使电压不断升高。当电容器两端的电压等于外加直流电压的时候，直流电压不再输出电流，电容器储存的电荷量因此而不再增加。此时的电容器对直流电压成绝缘状态。
7、电容器对于交流电压的性能·
如图所示：

交流电压E从零变化到正半周最大值的过程，会给电容充入电荷。当交流电压到达正半周最大值时；交流电压因停止增大而停止给电容充电（此时电容的充电电流为零）。
交流电压从正半周最大值向零变化的过程中，由于交流电压逐步降低，储满电荷的电容向电源释放电荷，从而产生放电电流（此时电容放电电流的方向与充电电流的方向相反）。
交流电压从零向负半周最大值变化的过程中，会给电容反向充电。当交流电压到达负半周最大值时；交流电压应停止反向增大而停止给电容反向充电（此时电容的反向充电电流为零）。
交流电压从负半周最大值向您变化的过程中，由于负半周的交流电压逐渐降低，储满反向电荷的电容向电源反向释放电荷，从而产生反向放电电流。
流过电容的电流的相位比交流电源电压的相位超前度。
所以，当电容器接上交流电压的时候，电容器两端的电荷会随着交流电压正半周和负半周变化不断重复充电和放电的过程。也就是存在不断重复充电和放电电流。
在交流电压相同的情况下，电容器的电容量越大，每一个半周所需要的充放电的电荷量就越大。也就是会存在越大的充放电电流；也就是说：电容器的容量越大，对交流电压呈现的阻抗越小。
所以，电容器对交流电压的容抗与电容量成反比
在交流电压相同的情况下，交流电压的频率越高，在一秒钟时间内；对电容器充放电的次数就越多。也就是每一次充放电的电荷量，需要在更短的时间内完成，于是就需要更大的充放电电流。
所以，在交流电压相同；电容器容量相同的情况下，电容对交流电压的阻抗与交流电压的频率成反比。

二、R、C、L电路的暂态特性如图所示：

1、当开关接A的瞬间，电容两端还没有来得及被注入电荷，所以电容两端的电压等于零，电阻两端的电压。流过电阻的电流
=电容的充电电流。
电容两端的电压上升的速率
随着时间的推移，电容由于被注入电荷、两端的电压逐渐加大，电阻两端的电压逐渐减小()。流过电阻的电流逐渐减小，电容的充电电流就会逐渐减小，电容两端电压上升的速率因此逐渐减小。理论上，电容两端的电压不断向E接近，但永远不能达到E。
2、电容两端的电压随时间变化的规律
当t=R×C时，电容两端的电压Uo=τE=0.632E
如图所示：

当电压A接通的瞬间，电容两端的电压等于零，电阻两端的电压等于E。流过电阻的电流IR=E/R=电容的充电电流。
电容两端的电压增加的速率：
随着时间的推移，电容两端的电压逐渐增加，电阻两端的电压逐渐减小流过电阻的电流逐渐减小，电容的充电电流逐渐减小，于是，电容两端电压增加的速率逐渐减小。理论上，电阻两端的电压不断减小，但永远不能减小到零。

三、R、C、L电路的稳态特性
R、C、电路的稳态特性
如图所示：

交流电压开始从零向正半周变化，当时，电容两端因为还没有注入电荷所以。
在阶段，随时间的推移，电阻两端由于有了电压而产生的电流，流过电阻的电流向电容器注入电荷，电容两端的电压因此而上升。随着交流电压正半周电压、的不断增加，流过电阻的电流不断加大，电容两端电压的上升速率也不断加大。
在阶段，交流电压正半周由最大值向下降的时候，电阻a端的电压仍大于电容