依右圖所示電路,當 S 閉合後,經 t = 3 × 10⁻³ 秒後,電感器的端電壓 uL 為何?


正確答案。詳細計算如下:S閉合前電感相當於開路(穩態),需先求S閉合瞬間電感電流初始值,再分析閉合後的RL電路暫態。 【S閉合前穩態(電感=短路,但S未閉)】 S未閉合時,右側12Ω支路斷開,電路由48V + R1(24Ω) + 電流源1A 組成。 電感在穩態下為短路,電感電流 = 電路穩態電流。 節點分析:48V源、24Ω、1A電流源並聯在左側節點。 流過24Ω的電流 = 48/24 = 2A(由電壓源提供)。 1A電流源向上注入,因此流入電感的穩態電流 iL(0⁻) = 2 + 1 = 3A(需依電路拓撲確認方向)。 實際依圖:左側48V與24Ω串聯,中間並聯1A電流源,右側S+L+12Ω串聯。 S閉合前,右側開路,電感無電流,iL(0⁻) = 0A。 【S閉合後,求戴維寧等效(對電感端)】 移除電感L,求其兩端的戴維寧等效: 電路含:48V、R1=24Ω、1A電流源、12Ω(S已閉合)。 節點A(電感上端),節點B(下端=地): 48V源串24Ω接到節點A;12Ω接到節點A;1A電流源在節點A注入。 U_oc(開路電壓,即U_Th): 節點A的KCL:(48-Va)/24 + 1 = Va/12 (48-Va)/24 + 1 = Va/12 乘以24:(48-Va) + 24 = 2Va 72 - Va = 2Va 72 = 3Va → Va = 24V R_th(關閉獨立源): 48V→短路,1A→斷路,R_th = 24Ω // 12Ω = (24×12)/(24+12) = 8Ω 【暫態分析】 τ = L/R_th = 8×10⁻³ / 8 = 1×10⁻³ s = 1ms iL(0⁺) = 0(電感電流不突變),iL(∞) = Va/R_th... 實際上電感串聯R_th的等效電路: iL(∞) = U_Th / R_th = 24/8 = 3A iL(t) = 3(1 - e^(-t/τ)) uL(t) = L × diL/dt = U_Th × e^(-t/τ) = 24 × e^(-t/0.001) t = 3×10⁻³ s: uL = 24 × e^(-3) = 24 × 0.0498 ≈ 1.195 ≈ 1.2V ✓
