diff --git a/Lecture11.md b/Lecture11.md index 1fde01a..e2570d0 100644 --- a/Lecture11.md +++ b/Lecture11.md @@ -86,7 +86,7 @@ $$ ## Series and Parallel Connection of Inductors(电感器的串联和并联) > 仍然是在Physics II中学过的内容。 -> +> > 进行一个PPT的搬运。 在电感串联时,通过其的电流是相同的,因此有 @@ -109,4 +109,4 @@ $$ i' = i_1 + i_2 + \dots = \frac{1}{L_1}\int_0^t v_1(\tau)d\tau + \frac{1}{L_2}\int_0^t v_2(\tau)d\tau + \dots \\ \Rightarrow \frac{1}{L'} = \frac{1}{L_1} + \frac{1}{L_2} + \dots \\ \Rightarrow L' = \frac{1}{\frac{1}{L_1} + \frac{1}{L_2} + \dots} -$$ \ No newline at end of file +$$ diff --git a/Lecture13.assets/1733123563677.png b/Lecture13.assets/1733123563677.png new file mode 100644 index 0000000..e71bcc2 Binary files /dev/null and b/Lecture13.assets/1733123563677.png differ diff --git a/Lecture13.assets/1733125144544.png b/Lecture13.assets/1733125144544.png new file mode 100644 index 0000000..fdad8e4 Binary files /dev/null and b/Lecture13.assets/1733125144544.png differ diff --git a/Lecture13.assets/1733125467948.png b/Lecture13.assets/1733125467948.png new file mode 100644 index 0000000..96d3698 Binary files /dev/null and b/Lecture13.assets/1733125467948.png differ diff --git a/Lecture13.assets/1733126302350.png b/Lecture13.assets/1733126302350.png new file mode 100644 index 0000000..59ade6c Binary files /dev/null and b/Lecture13.assets/1733126302350.png differ diff --git a/Lecture13.md b/Lecture13.md new file mode 100644 index 0000000..3254505 --- /dev/null +++ b/Lecture13.md @@ -0,0 +1,153 @@ +# Lecture 13 : RL Circuit + +> 看到了老师手写的教案非常感动 +> +> 但是到场人数不到20人 +> +> 难绷 + +## Natural Response of RL Circuit(RL电路的自然响应) + +### RL电路的UI关系 + +当电容或电感具有初始能量时,即使没有外部信号输入,电路中的电压和电流也会发生变化。这种变化称为电路的自然响应。 + +只有由电路上的初始能量决定的自然响应,称为电路的自然响应。其他的还有瞬态响应(Transient Response)、零输入响应(Zero Input Response)、无源响应(Source-Free Response)等。 + +对于一个RL电路,我们可以推得: + +![RL Circuit](Lecture13.assets/1733123563677.png) + +$$ +i(t)+\frac{L}{R}\frac{di(t)}{dt}=0 +$$ +$$ +\Rightarrow \frac{di(t)}{dt} = -\frac{R}{L}i(t) +$$ +$$ +\Rightarrow \frac{d}{dt}ln(i(t)) = -\frac{R}{L} +$$ +$$ +\Rightarrow ln(i(t)) = -\int\frac{R}{L}dt = -\frac{R}{L}t + K +$$ +$$ +\Rightarrow i(t) = e^{ln(i(t))} = e^{-\frac{R}{L}t + K} = e^{-\frac{R}{L}t}\cdot e^K = A\cdot e^{-\frac{R}{L}t} +$$ + +可以得出,当t在0时,有 $i(0) = A\cdot e^0 = A$ ,即为电感器上的电流。或者可以说 $A=i(0)=I_0$ 。 + +通过这个来计算电压的大小,可以得到: + +$$ +v(t)=L\frac{di(t)}{dt} = L\cdot (-\frac{R}{L})\cdot I_0\cdot e^{-\frac{R}{L}t} = -R\cdot I_0\cdot e^{-\frac{R}{L}t} +$$ + +功率则是: + +$$ +p(t) = v(t)\cdot i(t) = -R\cdot I_0\cdot e^{-\frac{R}{L}t}\cdot I_0\cdot e^{-\frac{R}{L}t} = -R\cdot I_0^2\cdot e^{-\frac{2R}{L}t} +$$ + +### RL电路的时间常数 + +同样的,我们可以定义一个时间常数 $\tau$ 来描述电路的自然响应。 $\tau$ 的大小越大,电路的自然响应越慢。对于一个RL电路,我们把它定义为: + +$$ +\tau = \frac{L}{R} +$$ + +在这种情况下,电流、电压、功率的大小可以分别写为: + +$$ +i(t) = I_0\cdot e^{-\frac{t}{\tau}} +$$ +$$ +v(t) = -R\cdot I_0\cdot e^{-\frac{t}{\tau}} +$$ +$$ +p(t) = -R\cdot I_0^2\cdot e^{-\frac{2t}{\tau}} +$$ + +和RC电路一样,当 $t=\tau$ 时,电感器上的电流下降到原来的 $1/e$ 。把这个时间常数代入电流的表达式中,可以得到: + +$$ +i(\tau) = I_0\cdot e^{-1} = \frac{I_0}{e} +$$ + +在 $t=5\tau$ 时,电流下降到原来的 $1/e^5$ 。此时电流的大小为原本的 $1/e^5$ 倍,小于1%的 $I_0$ 。**在大多数情况下,五倍时间常数的时间后的静态相应可以被忽略不计**。 + +电流的衰减速率在 $t=0$ 时最快,随着时间的增加,电流的衰减速率逐渐减小。在 $t=\infty$ 时,电流的衰减速率为0。 + +> 还是那个老生常谈的,在计算时间常数是,所需要的电阻值和电感值可能是整个电路等效电阻和等效电感的值。 +> +> 也就是说 $\tau = \frac{L_{eq}}{R_{eq}}$ 。 + +## Step Response of RL Circuit(RL电路的阶跃响应) + +### UI关系 + +电路对直流信号输入(或者说是阶跃信号)的响应称为电路的阶跃响应。对于一个RL电路,它的阶跃响应是指在电感器上的电压和电流的变化情况。当电路中有一个电感器,电路中的电流不会瞬间变化,而是会逐渐变化。 + +![Step Responce : Circuit](Lecture13.assets/1733125467948.png) + +我们可以根据电路图写出这样的节点方程: + +$$ +-I_s + i(t) + \frac{L}{R}\frac{di(t)}{dt} = 0 +$$ +$$ +\Rightarrow \frac{d}{dt}\ln|i(t)-I_s| = -\frac{R}{L} +$$ +$$ +|i(t)-I_s| = \pm e^{-\frac{R}{L}t + K} = \pm e^{-\frac{R}{L}t}\cdot e^K = \pm A e^{-\frac{R}{L}t} \ (A=e^K) +$$ + +于是,电流的响应可以写为: + +$$ +i(t) = I_s + A e^{-\frac{R}{L}t} +$$ + +此时 $A=i(0)-I_s$ ,即为电感器上的电流。 + +同样把 $\tau=\frac{L}{R}$ 作为电路的时间常数,可以得到: + +$$ +i(t) = I_s + (I_0-I_s)e^{-\frac{t}{\tau}} +$$ + +同样的,当 $t\rightarrow\infty$ 时,电流的大小趋于 $I_s$ 。这也可以通过其微分方程来解释: + +$$ +\frac{di(t)}{dt} + \frac{R}{L}i(t) = \frac{R}{L}I_s +$$ + +当 $t\rightarrow\infty$ 时,电流的变化率为0,即 $\frac{di(t)}{dt}=0$ 。所以电流的大小趋于 $I_s$ 。 + +### 时间常数 + +同样的,我们可以定义一个时间常数 $\tau$ 来描述电路的阶跃响应。 $\tau$ 的大小越大,电路的阶跃响应越慢。对于一个RL电路,我们把它定义为: + +$$ +\tau = \frac{L}{R} +$$d + +![SR for Diff tau](Lecture13.assets/1733126302350.png) + +> 超级车轱辘话反复说 +> +> 我都不好意思再在之后的RLC电路中再抄一遍这个话了 + +--- + +## Summary + +![Summary of RL Circuit](Lecture13.assets/1733125144544.png) + +> 老师在课上提到Moodle上给的PPT并不好理解,而他手写的PDF阅读资料更好理解一些,所以他建议我们看他手写的资料 +> +> 打开一看甚至是扫描全能王扫描的,是真用心了 +> +> 课后还问手写的PDF对我们有没有帮助,人确实够好 +> +> 唉 diff --git a/README.md b/README.md index 6291273..4b3dd54 100644 --- a/README.md +++ b/README.md @@ -2,7 +2,7 @@ > For the course "***Circuit Analysis and Design***" in the 2024-2025 spring semester at University of Glasgow, UESTC. > -> **[ Updated @ 2024-11-20 ]** +> **[ Updated @ 2024-12-2 ]** ## Index @@ -21,6 +21,7 @@ - [Lecture 11 : Inductors(电感器)](./Lecture11.md) - [Lecture 12 : RC circuits(RC电路)](./Lecture12.md) - Week 14 + - [Lecture 13 : RL circuits(RL电路)](./Lecture13.md) - > Not available now - Week 16 - - > Not available now \ No newline at end of file + - > Not available now