RLC串联振荡电路的工作过程

我们在设计电路或者学习电路的时候,我们知道开关电源在dcm模式下会振荡,高速信号在某些情况下也会振铃,原理其实就是rlc的振荡。下面我们就来看看它的工作过程吧。
在电路分析中,我们知道这个是是rlc串联电路是一个二阶系统,其中它的阻尼系数为:
δ=r/2l
不管是零输入响应还是零状态响应,都可以出现以下四种情况:
(a)过阻力,也就是δ>ω0或r>2√(l/c), 电路中的电流在放电过程中永不改变方向,电容在全部时间内一直在非振荡放电或充电。
rlc串联电路零输入响应过阻力曲线
(b)临界阻力,也就是δ=ω0或r=2√(l/c), 电容非振荡放电或充电,波形与过阻尼类似。
(c)欠阻力,也就是δ<ω0或r2√(l/c),电流与电容电压分别都在同一时刻达到0不再振荡,形成非振荡放电。
二、零状态响应
rlc串联电路零状态响应
当开关s闭合时,零状态响应同样从无阻尼的波形如下图开始分析,初始条件电容电压uc和电感电流i均为0,激励电压为e,由于电阻r=0,由基尔霍夫电压定律得,无论何时,e=uc+ul。在0时刻,电容开始充电,电容uc和电流i开始增加,直到t1时刻,电容电压uc上升到e,此时电感电压ul=0,电感电流i达到最大值。t1时刻后,电流i开始下降,但方向不变,电容继续充电,直到t2时刻,电流下降到0,电容电压uc达到最大值2e。t2时刻后,电容开始放电,电流方向改变为相反方向,电流开始反向增大,直到t3时刻,电容电压uc下降到e,此时ul=0,电感电流达到反向最大值。t3后激励电压为e>uc,电流方向发生变化,电感为了阻碍电流的变化开始放电,极性变化,电感电容一起对抗电源e,直到t4时刻电流为0,由于电容是在放电,那么电容电压导数为0的话,电容电压应达到最小值0。后续与前面过程重复。
当电路中的阻尼电阻r≠0时,由于电阻存在压降,故e=ur+uc+ul,波形如下图所示。在0时刻,电容开始充电,电容电压uc和电流i开始增加,直到t1时刻,e=ur+uc,ul=0,电流达到最大值i=(e-uc)/r,小于无阻尼状态下的电流最大值,此后电感电流开始下降。此时uce,电容电压还未下降到e。从上面的分析中可知,t3~t4电感电容一起对抗电源e,最后电容电压应达到最小值大于0。因此电阻r越大,电流最大值i=(u0-uc)/r就越小,电流达到最大值的时刻也越早,电容电压所能达到的最大值也越小。
rlc串联电路零状态响应欠阻力曲线
当r>2√(l/c),电容电压在电流为0时达到的最大值接近等于e,由于电容电压和激励源e没有压差,无法再充放电,最终形成非振荡充电。

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