電感的瞬態(tài)響應(yīng)
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電感器與電容器具有完全相反的特性。電容器在電場(chǎng)中儲(chǔ)存能量(由兩塊極板之間的電壓產(chǎn)生),而電感器在磁場(chǎng)中儲(chǔ)存能量(由通過(guò)導(dǎo)線的電流產(chǎn)生)。因此,電容器中儲(chǔ)存的能量會(huì)試圖維持其兩端電壓恒定,而電感器中儲(chǔ)存的能量則會(huì)試圖維持其繞組中電流恒定。
正因?yàn)槿绱?,電感器?huì)反對(duì)電流的變化,這與電容器反對(duì)電壓變化的行為正好相反。一個(gè)完全未充電的電感器(沒(méi)有磁場(chǎng)),其電流為零,當(dāng)連接到電壓源時(shí),最初會(huì)表現(xiàn)為開(kāi)路(因?yàn)樗噲D維持零電流),在其兩端產(chǎn)生最大電壓。
隨著時(shí)間推移,電感器中的電流會(huì)逐漸上升到電路允許的最大值,其端電壓則相應(yīng)下降。一旦電感器的端電壓降至最小值(對(duì)于“完美”電感器來(lái)說(shuō)是零),電流就會(huì)保持在最大水平,此時(shí)它基本上表現(xiàn)為短路。
當(dāng)開(kāi)關(guān)剛閉合時(shí),電感器兩端的電壓會(huì)立刻躍升至電池電壓(表現(xiàn)得像開(kāi)路),然后隨時(shí)間逐漸衰減至零(最終表現(xiàn)得像短路)。電感器兩端的電壓是通過(guò)計(jì)算通過(guò)電感器的電流在電阻R上產(chǎn)生的電壓降,再?gòu)碾姵仉妷褐袦p去該電壓值得到的。
當(dāng)開(kāi)關(guān)剛閉合時(shí),電流為零,然后隨時(shí)間逐漸增加,直到等于電池電壓除以1Ω串聯(lián)電阻。這種行為與串聯(lián)電阻 - 電容電路的行為正好相反,在串聯(lián)電阻 - 電容電路中,電流從最大值開(kāi)始,而電容電壓為零。我們來(lái)看看用實(shí)際數(shù)值是如何體現(xiàn)的:
就像RC電路一樣,電感器電壓隨時(shí)間逐漸趨近于0伏,電流逐漸趨近于15安的過(guò)程是漸近的。不過(guò),從實(shí)際應(yīng)用角度來(lái)看,我們可以認(rèn)為電感器電壓最終會(huì)達(dá)到0伏,電流最終會(huì)等于最大值15安。
同樣地,我們可以使用SPICE電路分析程序,以更直觀的圖形形式來(lái)描繪電感器電壓的這種漸近衰減以及電感器電流的逐漸積累過(guò)程(電感器電流是通過(guò)測(cè)量電阻上的電壓降來(lái)繪制的,利用電阻作為分流器來(lái)測(cè)量電流):
注意電壓剛開(kāi)始下降(在圖表左側(cè))的速度非常快,隨著時(shí)間推移逐漸變慢。電流剛開(kāi)始變化的速度也很快,然后隨著時(shí)間推移趨于平穩(wěn),不過(guò)它是逐漸接近最大值(在量程右側(cè)),而電壓是逐漸接近最小值。