9.7. Разряд конденсатора на цепь rl

В этом случае приложенное напряжение, а также ток установившегося режима равны нулю:

.

Для определения произвольных постоянных интегрирования в уравнении (9.38) необходимо положить: .

Рис. 9.14. Расчетная схема

Обозначим . Тогда

.

Переходный ток

. (9.39)

Напряжения на катушке и конденсаторе

. (9.40)

При выводе последнего уравнения учитывалось, что .

Характер процессов при разряде конденсатора оказывается различным в зависимости от того, будут ли корни характеристического уравнения вещественными или комплексными, что определяется соотношениями между параметрами R, L и C.

Рассмотрим возможные случаи.

1. Пусть корни характеристического уравнения вещественны и отличны друг от друга. Это имеет место при условии

.

Так как и и, кроме того, , то при изменении t от 0 до  величины и убывают от 1 до 0 и при том разность всегда положительна (рис. 9.13).

Ток i не меняет своего направления, т.е. конденсатор все время разряжается. Такой односторонний разряд конденсатора называют апериодическим. Кривые изменения напряжений показаны на рис. 9.14.

В интервале времени 0 < t < t_m ток по абсолютному значению возрастает и достигает максимума при . Значение t_m находится из условия . В интервале времени t_m < t <  ток по абсолютному значению убывает, стремясь к нулю.

1. Рассмотрим случай, когда корни характеристического уравнения ве­щест­венны и равны друг другу.

Э

Рис. 9.14. Кривые изменения тока и напряжений

на элементах при апериодическом разряде

то происходит при , т.е. при . В этом случае . При этом выражения для тока и напряжения (9.39) и (9.40) становятся неопределенными из-за равенства нулю числителя и знаменателя. Раскроем эти неопределенности по правилу Лопиталя, считая, что p₁ – переменная и стремится к . Для тока получим

. (9.41)

Для напряжений

. (9.42)

Характер процесса здесь также апериодический. Момент достижения током максимума абсолютного значения равен . Данный случай при является предельным случаем апериодического разряда.

3. Пусть корни характеристического уравнения являются комплексными. Это имеет место при условии , т.е. при . Обозначим . Тогда корни характеристического уравнения запишутся:

, (9.43)

где . Угол  лежит в пределах , так как и .

Переходный ток

. (9.44)

Уравнения для напряжений

На рис. 9.15 показаны кривые колебательного разряда конденсатора.

Кривая тока i подобна кривой Ri. Процесс в данном случае является колебательным. Ток и напряжение на всех участках периодически меняют знак. Амплитуда колебаний убывает по экспоненциальному закону, в цепи совершаются затухающие колебания. Угловая частота этих колебаний

.

Рис. 9.15. Колебательный разряд конденсатора

В предельном случае R = 0 имеем  =0 и , . В этом случае колебания будут незатухающими. Период незатухающих колебаний и угловая частота этих колебаний:

Следовательно, равна резонансной частоте контура.

Быстроту затухания тока принято характеризовать декрементом колебаний: . (9.46)

Логарифмический декремент колебаний

. (9.47)

При малом затухании

,

где d – затухание контура.