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关于换路定律的困惑

换路定律:

除了电容电压uc和电感电流i外,其它元件上的电压和电流,包括电容电流ic和电感电压ui并无连续性(即电阻两端电压ur或电流ir可以跃变,电容中的电流和电感两端电压也都可以跃变)

因为电容电压和电感受电流是电路的状态变量储能不能跃变,必然是电容电压和电感电流不能跃变(E=0.5LI*I,E=0.5CU*U)。而电路中的其它电量,如电容电流、电感电压、电阻电压和电流等,过都是非状态变量,在换路时刻是可以跃变的。

这是我摘自网上的两句话,而且这是我们普遍认可的,但我现在有几个比较困惑:

(1)如何理解非状态变量,如何从微观的角度去理解非状态变量可以跃变的思想,在我的思想里,总认为电流,电压这些物理量都需要一个渐变的过程,不存在所谓的突变。

(2)假如我一个电压源,一个开关,一个电阻串联,当开关闭合时,立马产生电流吗?电流立马为I=U/R吗?

(3)现实生活中,我们用的比较多的是电压源,但分析中我们会遇到电流源,电流源不允许开路。实际应用中,有电流源存在吗?它的制作原理是什么,不工作的时候都是短路的吗? 

希望可以各路同仁可以交流,谢谢

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2011-12-29 16:08

这些问题看上去很复杂,感觉也很困惑。

找本  电路 书需要认真看一下啦!

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xgipm
LV.6
3
2011-12-29 17:30
      突变与渐变是相对而言的,没有绝对的突变。绳子剪断后拉力消失,一般认为这时绳子的拉力是突变,但从绝对上来说,也有变化过程,而它相对于弹簧压缩过程来说,那就是突变。灯泡接通电源,电流是突变,但从绝对意义上说,电流也有一上升过程,但相对于电感中电流的上升来说就是突变。世上没有绝对理想的器件,理想的器件只是一种理论模型。很多人在用电子仿真软件时,直接调用理想的元件模型,没考虑实际的分布参数,常常出错,例如理想的电容与电感并联时在谐振点阻抗为无限大,串联谐振时为零,软件在计算处理的过程中会出现除零等问题,就会报错。
      理论意义上的电流源不允许开路,否则断开处两端的电压为无限大,但实际的电流源只是在一定范围内是恒流源,超过一定范围就不成为恒流源了,因为维持恒流的推动电压源大小有限,何况还有电路器件特性限制等。
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2011-12-29 18:51
@xgipm
     突变与渐变是相对而言的,没有绝对的突变。绳子剪断后拉力消失,一般认为这时绳子的拉力是突变,但从绝对上来说,也有变化过程,而它相对于弹簧压缩过程来说,那就是突变。灯泡接通电源,电流是突变,但从绝对意义上说,电流也有一上升过程,但相对于电感中电流的上升来说就是突变。世上没有绝对理想的器件,理想的器件只是一种理论模型。很多人在用电子仿真软件时,直接调用理想的元件模型,没考虑实际的分布参数,常常出错,例如理想的电容与电感并联时在谐振点阻抗为无限大,串联谐振时为零,软件在计算处理的过程中会出现除零等问题,就会报错。     理论意义上的电流源不允许开路,否则断开处两端的电压为无限大,但实际的电流源只是在一定范围内是恒流源,超过一定范围就不成为恒流源了,因为维持恒流的推动电压源大小有限,何况还有电路器件特性限制等。
继续深入分析哈!
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lzscxf
LV.4
5
2011-12-29 21:00
@笨小孩1114
这些问题看上去很复杂,感觉也很困惑。找本 电路书需要认真看一下啦!
这些就是在电路书上可以找到的最底层的东西了,其实个人感觉,假如要理解透彻的话,还得更多的从微观上面介绍这些东西。。。
哎,现在好多写书的都是为了赚钱,人云亦云的,见着我们系里的几个老师,跟他们交流了几次。现在他们写的书我都不敢看了。
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lzscxf
LV.4
6
2011-12-29 23:19
@xgipm
     突变与渐变是相对而言的,没有绝对的突变。绳子剪断后拉力消失,一般认为这时绳子的拉力是突变,但从绝对上来说,也有变化过程,而它相对于弹簧压缩过程来说,那就是突变。灯泡接通电源,电流是突变,但从绝对意义上说,电流也有一上升过程,但相对于电感中电流的上升来说就是突变。世上没有绝对理想的器件,理想的器件只是一种理论模型。很多人在用电子仿真软件时,直接调用理想的元件模型,没考虑实际的分布参数,常常出错,例如理想的电容与电感并联时在谐振点阻抗为无限大,串联谐振时为零,软件在计算处理的过程中会出现除零等问题,就会报错。     理论意义上的电流源不允许开路,否则断开处两端的电压为无限大,但实际的电流源只是在一定范围内是恒流源,超过一定范围就不成为恒流源了,因为维持恒流的推动电压源大小有限,何况还有电路器件特性限制等。

下午想了想,其实我们可以从一个电路开始探讨,这个问题解决了,一系列的问题都可以解决。如下图: 

t=0-时,开关在左边,1回路导通,这是回路电流为I

t=0+时,开关切换到右边,这时候1回路断开,2回路导通

根据我们所说的电感电流必须连续,则2回路电流必须立刻为I,这与xgipm所说的2回路电流必须有上升过程矛盾吗?

因为t=0+时刻,电感那路电荷是有定向移动的,这样产生了电流I,但是电阻那端电荷原来是不定向移动的,因为原来没有电流,这样的两个支路通过开关联系到一块,是如何作用的。

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xgipm
LV.6
7
2011-12-29 23:37
@lzscxf
下午想了想,其实我们可以从一个电路开始探讨,这个问题解决了,一系列的问题都可以解决。如下图:[图片] t=0-时,开关在左边,1回路导通,这是回路电流为It=0+时,开关切换到右边,这时候1回路断开,2回路导通根据我们所说的电感电流必须连续,则2回路电流必须立刻为I,这与xgipm所说的2回路电流必须有上升过程矛盾吗?因为t=0+时刻,电感那路电荷是有定向移动的,这样产生了电流I,但是电阻那端电荷原来是不定向移动的,因为原来没有电流,这样的两个支路通过开关联系到一块,是如何作用的。

你这个示意图有问题,开关切换过程中有完全断开的过程,电感电流被阻断,会产生高压击穿开关间隙出现火花放电,建议用下面的图说明。

 

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xgipm
LV.6
8
2011-12-30 00:06
@lzscxf
下午想了想,其实我们可以从一个电路开始探讨,这个问题解决了,一系列的问题都可以解决。如下图:[图片] t=0-时,开关在左边,1回路导通,这是回路电流为It=0+时,开关切换到右边,这时候1回路断开,2回路导通根据我们所说的电感电流必须连续,则2回路电流必须立刻为I,这与xgipm所说的2回路电流必须有上升过程矛盾吗?因为t=0+时刻,电感那路电荷是有定向移动的,这样产生了电流I,但是电阻那端电荷原来是不定向移动的,因为原来没有电流,这样的两个支路通过开关联系到一块,是如何作用的。
从绝对意义上来说,任何物理变化都不可能是绝对的突变,都有变化过渡的过程,开关接通后流过电流,电子定向移动需要有加速的过程,电场的传递也有时间过程。没有绝对纯理论意义上的电感、电容、电阻。只是这个在绝对意义上的过程相比主要内容完全可以忽略。就象灯泡点亮后,光的传播时间可以忽略。
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lzscxf
LV.4
9
2011-12-30 15:07
@xgipm
从绝对意义上来说,任何物理变化都不可能是绝对的突变,都有变化过渡的过程,开关接通后流过电流,电子定向移动需要有加速的过程,电场的传递也有时间过程。没有绝对纯理论意义上的电感、电容、电阻。只是这个在绝对意义上的过程相比主要内容完全可以忽略。就象灯泡点亮后,光的传播时间可以忽略。

很敬佩你的钻研精神,不错,方便的话交个朋友,陈晓锋 610880652,呵呵

这个问题我将找我们学校的老物理教授讨论讨论,有结论了告诉大家,呵呵

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2011-12-30 22:46
@lzscxf
[图片]很敬佩你的钻研精神,不错,方便的话交个朋友,陈晓锋610880652,呵呵这个问题我将找我们学校的老物理教授讨论讨论,有结论了告诉大家,呵呵

我看了你们两位的讨论,很不错!大家的这种精神和重要!

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lzscxf
LV.4
11
2012-01-01 23:49
@笨小孩1114
[图片]我看了你们两位的讨论,很不错!大家的这种精神和重要!

呵呵,谢谢师长的夸奖

 

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cheng111
LV.11
12
2012-01-07 21:53
@xgipm
你这个示意图有问题,开关切换过程中有完全断开的过程,电感电流被阻断,会产生高压击穿开关间隙出现火花放电,建议用下面的图说明。[图片] 
这个的确很好,还可以看到实际的波形。
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lzscxf
LV.4
13
2012-01-08 16:56
@xgipm
你这个示意图有问题,开关切换过程中有完全断开的过程,电感电流被阻断,会产生高压击穿开关间隙出现火花放电,建议用下面的图说明。[图片] 

xgipm兄,您好!这段时间我又考虑了一些东西,也和院里头的一下老师讨论了,针对您画出的这个电路,再和你探讨一个问题,

(1)开关导通的时候,L电感中电流为I;D,R2支路电路为0;

(2)开关关断,L电感中电流不突变,仍然为I,D,R2支路支路从0过渡到I(假如我考虑到过渡过程)。

那么此时出现了电感电流和D,R2支路电流不相等的情况。这个怎么解释。

可以这样想吗?此时V,R1,U1支路电流相应的也有从I过渡到0的过程。这就相当于U1关断以后就类似于一个电容?推广出去,是不是所有的开关关断之后都可以等效为一个电容,也就是说空气(大气层)可以等效为一个电容。

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xgipm
LV.6
14
2012-01-08 17:20
@lzscxf
xgipm兄,您好!这段时间我又考虑了一些东西,也和院里头的一下老师讨论了,针对您画出的这个电路,再和你探讨一个问题,(1)开关导通的时候,L电感中电流为I;D,R2支路电路为0;(2)开关关断,L电感中电流不突变,仍然为I,D,R2支路支路从0过渡到I(假如我考虑到过渡过程)。那么此时出现了电感电流和D,R2支路电流不相等的情况。这个怎么解释。可以这样想吗?此时V,R1,U1支路电流相应的也有从I过渡到0的过程。这就相当于U1关断以后就类似于一个电容?推广出去,是不是所有的开关关断之后都可以等效为一个电容,也就是说空气(大气层)可以等效为一个电容。
开关断开后,电感中的电流不能突变!任何情况下均如此!D、R2这一支路的电流突增到与电感电流相同,然后逐渐下降。如果精细到极致考虑R2支路有过渡,那么电感对分布电容放电,电感电流必须找出路,找不到出路就产生感应高压打通出路!就象无论多么厚实的墙壁,铁锤锤击时,一定会产生形变,不然能量如何消耗掉。
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lzscxf
LV.4
15
2012-01-08 18:03
@xgipm
开关断开后,电感中的电流不能突变!任何情况下均如此!D、R2这一支路的电流突增到与电感电流相同,然后逐渐下降。如果精细到极致考虑R2支路有过渡,那么电感对分布电容放电,电感电流必须找出路,找不到出路就产生感应高压打通出路!就象无论多么厚实的墙壁,铁锤锤击时,一定会产生形变,不然能量如何消耗掉。

正常情况应该不会产生感应高压,假如感应高压,能量会瞬间释放光。所以,分布电容的解释应该较为合理。

可以这样理解吗,开关U1断开后,可以将U1处看成一个电容吗?假如看成电容的话,就需要给电容充电,这样极致分析就能分析的通。

同理,任何电路的开关断开后,开关处可以等效为一个电容,因为断开处会产生电压。。。

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xgipm
LV.6
16
2012-01-09 00:07
@lzscxf
正常情况应该不会产生感应高压,假如感应高压,能量会瞬间释放光。所以,分布电容的解释应该较为合理。可以这样理解吗,开关U1断开后,可以将U1处看成一个电容吗?假如看成电容的话,就需要给电容充电,这样极致分析就能分析的通。同理,任何电路的开关断开后,开关处可以等效为一个电容,因为断开处会产生电压。。。
任何导线、任何开关、任何电子器件均有寄生电感和电容效应,现实中不存在理论上绝对的纯电阻、纯电感、纯电容!!
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