電路分析(交流電路、線性電路與暫態現象)
在圖中的RL電路,E = 12 V、R = 6 Ω、L = 3 H,起初沒有電流。於 t = 0 閉合開關後經過一個時間常數 τ 時,線圈兩端的電壓 vL 最接近下列哪一項?
- A約4.4 V
- B約7.6 V
- C12 V
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正確答案:A. 約4.4 V
解法1(微分方程式):以 i(0) = 0 解 L di/dt + Ri = E,得 i(t) = (E/R)(1 − e^(−t/τ)),τ = L/R = 0.5 s,vL = L di/dt = E e^(−t/τ)。t = τ 時 vL = 12 × e^(−1) ≈ 4.4 V。解法2(拉普拉斯轉換):I(s) = E/(s(R + sL)),因此 VL(s) = sL I(s) = E/(s + R/L),逆轉換得 vL(t) = E e^(−Rt/L)。解法3(初值與終值):線圈電流不會突然改變,t = 0+ 時線圈如同開路,vL = E = 12 V;經過足夠時間後如同短路,vL = 0,其間以時間常數 τ 呈指數變化。
- A. 正確。vL(τ) = 12 × e^(−1) ≈ 4.4 V。
- B. 約7.6 V 是 t = τ 時電阻的電壓 vR = 12(1 − e^(−1))。
- C. 12 V 是開關閉合瞬間 t = 0+ 的 vL。