如题所述
恒压源 Us = 20V 与电阻 R1 = 100Ω串联,等效为一个恒流源 Is = Us/R1 = 0.2A 与一个电阻 R1 =100Ω 并联。
当开关 S 闭合后,R1 电阻与电阻 R2 = 300Ω 并联。它们的 R' = R1//R2 = 75Ω。
此时,恒流源 Is = 0.2A 与电阻 R' 并联。它等效为一个恒压源 U's = Is * R' = 15V 与一个电阻 R' = 75Ω 串联。
到此时,整个电路就剩下一个恒压源 U's = 15V 与电阻 R'、电阻 R3 及 电容 C 串联,形成一个充电电路。有:
U's = i * (R' + R3) + Uc = C * dUc/dt * (R'+R3) + Uc
即:
100Ω * C * dUc/dt + Uc = 15V
5s * dUc/dt + Uc = 15V
先求特征方程:
5 * dUc/dt + Uc = 0
5 * dUc/dt = -Uc
dUc/Uc = -dt/5
两边同时积分,得到:
ln(Uc) = -t/5 + c
Uc = e^c * e^(-t/5) = U * e^(-t/5)
当 U 也是 t 的函数时,则:
dUc/dt = dU/dt * e^(-t/5) - U/5 * e^(-t/5)
代入前面的方程中,得到:
5 * dU/dt * e^(-t/5) - U * e^(-t/5) + Uc = 5 * dU/dt * e^(-t/5) = 15
所以:
dU/dt = 3 * e^(t/5)
dU = 3 * e^(t/5) * dt
两边同时积分,得到:
U = 15 * e^(t/5) + Uo
所以:
Uc = 15V + Uo * e^(-t/5)
因为当 t = 0 时,Uc = 15V + Uo * e^(-0/5) = 15V + Uo = 0
所以,Uo = -15V
那么:
Uc = 15V - 15V * e^(-t/5)
当 t →+∞ 时,e^(-t/5) → 0。那么,Uc(∞) = 15V