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RL電路

鎖定
RL電路,全稱電阻-電感電路(英語:Resistor-inductor circuit),或稱RL濾波器RL網絡,是最簡單的無限脈衝響應電子濾波器。它由一個電阻器、一個電感元件串聯或並聯組成,並由電壓源驅動。 [1] 
中文名
RL電路
外文名
Resistor-inductor circuit
全    稱
電阻-電感電路
又    稱
RL濾波器、RL網絡
本    質
無限脈衝響應 電子濾波器

RL電路概論

最基本的被動線性元件為電阻器(R)、電容器(C)和電感元件(L)。這些元件可以被用來組成4種不同的電路:RC電路、RL電路、LC電路RLC電路,這些名稱都緣於各自所使用元件的英語縮寫。它們體現了一些對於模擬電子技術來説很重要的性質。它們都可以被用作被動濾波器。本條目主要講述RL電路串聯、並聯狀態的情況。
在實際應用中通常使用電容器(以及RC電路)而非電感來構成濾波電路。這是因為電容更容易製造,且元件的尺寸普遍更小。

RL電路復阻抗

具有電感L(以亨利為單位)的電感元件的復阻抗ZL(以歐姆為單位)為 [2] 
複頻率s是一個複數
這裏
j表示虛數單位:
為指數衰減常數(以每秒弧度為單位),且
角頻率(以每秒弧度為單位)

RL電路示性函數

複數函數示性函數(Eigenfunctions)對所有線性時不變系統(linear time-invariant, LTI)有以下的形式:
,若令
,則可重寫為
,合併複數指數後得到
通過複數的歐拉公式,示性函數的實部為指數衰減的正弦值:

RL電路正弦穩定狀態

正弦穩定狀態是當輸入電壓僅包含純的正弦信號的特殊情況,即不存在指數衰減。因此:
s的值變為:

RL電路串聯

如果把整個RL電路看做一個按阻抗進行分壓的系統,則電感元件“分得”的電壓為:
電阻器“分得”的電壓為:

RL電路電流

由於是串聯電路,因此電路處處電流相等,且為:

RL電路傳遞函數

電感元件的傳遞函數為:
類似的,電阻器的傳遞函數為:
極點和零點
兩個傳輸函數都有一個極點位於:
另外,電感元件在原點處有一個零點。

RL電路增益和相位

通過代入上面的表達式,可以求得兩個組件的增益為:
,
相位為:
.

RL電路相量表示

通常用相量代替上面的式子來表達輸出:
.

RL電路脈衝響應

每一種電壓衝激響應是對應傳輸函數的反拉普拉斯變換。它代表電路對於包含脈衝或狄拉克δ函數的輸入電壓的響應。
電感元件電壓的響應為:
這裏u(t)是單位階躍函數
類似的,電阻器電壓的響應為:

RL電路零輸入響應

RL電路的零輸入響應(Zero input response, ZIR)描述了電路在不連接輸入信號源的情況下、達到穩定電壓和電流時的工作狀態。因為它沒有外接輸入信號,因此得名。
一個RL電路的零輸入響應為:
.
其中
是時間常數。
參考資料
  • 1.    趙世平. 模擬電子技術基礎[M]. 中國電力出版社, 2009.
  • 2.    趙凱華. 新概念物理教程:電磁學[M]. 高等教育出版社, 2006.