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图示电路中,Uc(0-)= 0,t=0时闭合开关S,Uc(t)为()。

作者:电气工程师考试

图示电路中,Uc(0-)= 0,t=0时闭合开关S,Uc(t)为()。

A 、

B 、

C 、

D 、

参考答案

【正确答案:D】

电容为储能元件,其电压不能突变,则uc(0+)=uc(0-)=0V; 电容对直流相当于断路,当t→∞时,叫uc(∞)=100V

图示电路原以处于稳态,在t=0时闭合开关S,求闭合后的uc(t)

可以使用三参数法计算,比较简单。

电容器初始电压

Uc(0) = 1mA*20kΩ - 10V

=10V

开关S闭合后,电容器上电压为

Uc(∞) = 1mA*[10k//(10k+20k)]*20k/(10k+20k) -10V

=-5V

此时电路的时间常数为

τ =(10k+10k)//20k*10μ

=100ms

=0.1s

所以,S闭合后,电容器两端电压为

Uc(t) = Uc(∞)+[Uc(0)-Uc(∞)]e^(-t/τ)

= -5+[10-(-5)]e^(-t/0.1)

=-5+15e^(-10t) (V)

电路如图所示 t=0以前电路已处稳态 t=0时将开关s闭合 求t≥0的uc与ic

解:t=0-时,电容相当于开路,等效电路如下:

4Ω电阻中无电流、无电压,所以:uc(0-)=8V。

t=0+时,根据换路定理:uc(0+)=uc(0-)=8V,电容相当于一个8V电压源。

4Ω电阻两端电位相等,所以电流为零;右端4Ω电阻电流为:8/4=2(A),方向向下。根据KCL所以:ic(0+)=-2(A)。

t=∞时,电容再次相当于开路,因此:ic(∞)=0,等效电路如下:

uc(∞)=8×4/(4+4)=4(V)。

电压源短路,从电容两端看进去:

等效电阻为:R=4∥4=2(Ω),电路时间常数为:τ=RC=2×0.5=1(s)。

三要素法:

uc(t)=uc(∞)+[uc(0+)-uc(∞)]e^(-t/τ)=4+(8-4)e^(-t/1)=4+4e^(-t)(V)。

ic(t)=ic(∞)+[ic(0+)-ic(∞)]e^(-t/τ)=0+(-2-0)e^(-t/1)=-2e^(-t)  (A)。

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