一、电感充电过程(电压源 V 接入 RL 串联电路)
基本方程(KVL):
V = L · (di/dt) + R · i
移项:
L · (di/dt) = V - R · i
分离变量:
di / (V - R · i) = (1/L) dt
对两边积分:
∫ [1 / (V - R · i)] di = ∫ (1/L) dt
(1/R) ln|V - R · i| = t / L + C
两边同时乘以 -R:
ln|V - R · i| = - (R/L) t + C’
指数化:
V - R · i = A · e
令 i(0) = 0 解常数:
V = A ⇒ A = V
最终电流为:
i(t) = (V / R) · (1 - e
电感电压 V_L(t):
V_L(t) = L · (di/dt) = L · (V / R) · (R / L) · e^(-Rt/L) = V · e
电荷 Q(t):
Q(t) = ∫₀^t i(t’) dt’
= ∫₀^t (V/R) · (1 - e^(-Rt’/L)) dt’
= (V/R) [ t + (L/R) · e^(-Rt/L) - (L/R) ]
= (V/R) · (t - (L/R) · (1 - e
二、电感放电过程(RL 自由放电,初始电流 I₀)
KVL 方程:
L · (di/dt) + R · i = 0
移项:
di/dt = - (R/L) · i
分离变量:
(1/i) di = - (R/L) dt
积分:
ln|i| = - (R/L) t + C
指数化:
i(t) = A · e
初始条件 i(0) = I₀:
A = I₀
最终电流为:
i(t) = I₀ · e
电感电压:
V_L(t) = L · (di/dt) = - R · I₀ · e
电荷 Q(t):
Q(t) = ∫₀^t i(t’) dt’
= ∫₀^t I₀ · e^(-Rt’/L) dt’
= (L/R) · I₀ · (1 - e
时间常数:
τ = L / R
- 描述电流变化的快慢;
- 约在 t = 5τ 时电流基本到达稳态(误差小于 1%)
总结表:
过程:充电 / 放电
电流 i(t):
- 充电:i(t) = (V / R) · (1 - e
- 放电:i(t) = I₀ · e
电感电压 V_L(t):
- 充电:V_L(t) = V · e
- 放电:V_L(t) = - R · I₀ · e
电荷 Q(t):
- 充电:Q(t) = (V/R) · (t - (L/R) · (1 - e
- 放电:Q(t) = (L/R) · I₀ · (1 - e