電路分析(交流電路、線性電路與暫態現象)

在圖中的串聯RLC電路,L = 1 mH、C = 0.1 µF、R = 50 Ω。步級響應中出現的阻尼振盪頻率最接近下列哪一項?

加上直流電壓的串聯RLC電路 + E t = 0 R L i(t) C + − vC(t)
加上直流電壓的串聯RLC電路 · 在圖解集中查看
  1. A約15.4 kHz
  2. B約15.9 kHz
  3. C約100 kHz
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正確答案:A. 約15.4 kHz

解法1(特性方程式的根):Ls² + Rs + 1/C = 0 的根為 s = −α ± jωd,α = R/(2L) = 50/(2 × 10⁻³) = 2.5×10⁴ s⁻¹,ωn = 1/√(LC) = 1×10⁵ rad/s。ωd = √(ωn² − α²) = √(10¹⁰ − 6.25×10⁸) ≈ 9.68×10⁴ rad/s,因此 fd = ωd/(2π) ≈ 15.4 kHz。解法2(由阻尼比):ζ = α/ωn = 0.25,因此 ωd = ωn√(1 − ζ²) = 10⁵ × √0.9375 ≈ 9.68×10⁴ rad/s,結果相同。響應在 e^(−αt) 的包絡內一邊衰減,一邊以此頻率振盪。

  • A. 正確。fd = ωn√(1 − ζ²)/(2π) ≈ 15.4 kHz。
  • B. 約15.9 kHz 是自然頻率 fn = ωn/(2π),沒有考慮阻尼使頻率降低。
  • C. 100 kHz 是把 ωn = 1×10⁵ rad/s 誤當成 Hz 的值。
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