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振荡电路的频率公式推导

(2020-09-18 09:12:26)
分类: 文化教育

  对于交流电路或者暂态过度电路来说,如果含有电感值为L的电感和电容值为C电容。那么,使得电路震荡的固有频率f ,就应该满足电抗值与容抗值相等,或者电能与磁能可以互相转换。假定电路角频率为w = 2πf,就应该满足 wL = 1/(wC)。从而,推导出 w = 1/√(LC) 或者 2πf √(LC) =1 , 如果与频率f 对应的周期为T,则应有:T = 1/f =2π √(LC)。

  方法二:

振荡电路的频率公式推导

  求电磁振荡周期证明方法就是LC震荡电路的公式T=2π√(LC),如何推导?

  这是一个通过理论推导出来、经过实践验证的公式。要利用微积分的知识。

  对于理想LC回路,线圈的自感电动势等于电容两端的电压,但二者在回路中的方向相反,即:

  -LΔI/Δt=q/C

  又I=Δq/Δt

  据此得微分方程:电量q对时间t的二阶导数等于-q/(LC)

  解此微分方程得电流随时间变化的关系:I=I0sin(ωt+φ)

  推导中式中的ω=2π/T=√1/(LC)

  这就就得到了LC回路的周期公式。

振荡电路的频率公式推导

振荡电路的频率公式推导
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二阶微分方程的通解

  求2y''+y'-y=0通解,特征方程2r²+r-1=0,(2r-1)(r+1)=0,r=1/2或r=-1,通解Y=C1 e^(x/2)+C2 e^(-x),1不是特征根,设原方程特解y*=Ae^x,则y*'=y*''=Ae^x,代入2Ae^x=2e^x,A=1,故y*=e^x,通解为y=Y+y*。

  举例说明

  求微分方程2y''+y'-y=0的通解

  先求对应的齐次方程2y''+y'-y=0的通解

  特征方程为2r²+r-1=0

  (2r-1)(r+1)=0

  r=1/2或r=-1

  故通解为Y=C1 e^(x/2)+C2 e^(-x)

  因为1不是特征根,所以设原方程的特解为y*=Ae^x

  则y*'=y*''=Ae^x

  代入原方程得,2Ae^x=2e^x

  A=1

  故y*=e^x

  所以原方程的通解为y=Y+y*

  即y=C1 e^(x/2)+C2 e^(-x)+e^x

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