含有哪些元件的电路存在暂态过程

电路暂态分析的基本概念

一、激励和响应

电路从电源(包括信号源)输入的信号称为激励。激励有时也称为输入，记为。

电路在外部激励的作用下，或者在内部储能的作用下所产生的电压和电流随时间的变化称为响应。响应有时也称为输出，记为。

二、稳态和暂态

当电路的结构、元件参数及激励一定时，电路的工作状态也就一定，且电流和电压为某一稳定的值，此时电路所处的工作状态就称为稳定状态，简称为稳态。

当电路从一种稳态转变到另一种新的稳态时，往往需要一定的时间，电路在这段时间内所发生的物理过程就称为过渡过程。由于电路中的过渡过程时间极为短暂，故称之为暂态过程，简称暂态。

当电路中的开关突然接通或断开，或者电路中某一个参数发生了改变，或者电路的结构发生了改变，或者电源发生了波动等这些电路运行状态的改变统称为换路。

三、产生暂态的原因

如前所述的日光灯电路，当发生换路后(即开关闭合)，电路中就有暂态产生(即日光灯从不亮到亮经历了一段短暂的时间过程)。为什么日光灯电路在发生换路后会产生暂态过程呢？其根本原因是有镇流器这一储能元件的存在。大家都知道：能量是守恒的，它只能从一种形式转变成另一种形式，并且在转变过程中能量的积累或衰减都需要一定的时间，而不可能发生突变。能量突变就意味着有无穷大的功率存在：，这在客观上是不存在的。

一切产生暂态过程的系统都和能量有着密切的联系。由前面的学习已知，电感元件和电容元件均为电路中的储能元件，电感元件储存磁场能量：；电容元件储存电场能量：。当电路发生换路后，由于和不能突变，只能随时间作连续性地改变。可见电路中暂态过程是由于储能元件中所储存的能量不能突变所引起的。所以，当电路中有储能元件存在，发生换路后又有能量的变化产生时，则电路就一定会产生暂态过程。

四、分析暂态过程的意义

所谓暂态分析，就是要分析在激励源作用下，或者在电路内部储能的作用下，电路中各部分的电压和电流随时间变化的规律，所以暂态分析也称为时域分析。

电路中的暂态过程虽然十分短暂，但对它的分析却是十分重要。因为：一方面，我们要充分利用电路的暂态过程来实现振荡信号的产生、信号波形的改善和变换、电子继电器的延时动作等；另一方面，又要防止电路在暂态过程中可能产生的比稳态时大得多的电压或电流(即所谓的过电压或过电流)现象。过电压可能会击穿电气设备的绝缘，从而影响到设备的安全运行；过电流可能会产生过大的机械力或引起电气设备和器件的局部过热，从而使其遭受机械损坏或热损坏，甚至产生人身安全事故。所以，进行暂态分析就是要充分利用电路的暂态特性来满足技术上对电气线路和电气装置的性能要求，同时又要尽量防止暂态过程中的过电压或过电流现象对电气线路和电气设备所产生的危害。

研究暂态电极系统的实验方法和实验数据分析的技术。扰动处于平衡态的电极系统的暂态技术称为松弛方法。表征电极系统的参量（电极电势、电流、浓度分布、电极表面状态等）明显变化的阶段所处的状态称为暂态。常用的暂态技术是控制电极电势或电极电流按一定规律变化，同时直接测量或对时间的变化,或间接测量它们对与有关的物理量（如正弦波角频率）的变化,它们分别称为控制电势法和控制电流法。

控制电势法　电势阶跃法　暂态实验开始前，电极电势处于开路电势;实验开始时(＝0),电极电势突跃至某指定恒定值，直至实验结束（图1a[各种电极电势波形]）。实验上也可将电势阶跃法中的电流 经积分器得到流经电极的电量。习惯上将测-关系称为计时电量法，而将测-关系称为计时电流法。

方波电势法　电极电势 在某一指定恒值持续时间后，突变为另一指定恒值,持续时间后又突变回值，如此反复多次（图1b[各种电极电势波形]）即为方波电势法。

线性扫描电势法　电极电势 按恒定速率变化，即d/d为常数,也称动电势伏安法，它可以是单程的，称线性扫描电势法（图1c[各种电极电势波形]），也可以是来复的，称为循环伏安法或三角波电势法（图1d[各种电极电势波形]）。本法常测量-的相对变化关系,称循环伏安图。伏安图的定量解析比较复杂，往往需采用数值解法。但伏安图上的峰可以用来鉴别参与电极反应的物质，包括反应中间物，因此动电势伏安图有电化学谱图之称。它已成为研究电极反应机理（尤其是复杂电极反应机理）和电极表面覆盖层的重要工具。

控制电流法　电流阶跃法　在暂态实验开始以前，电极电流为零；实验开始时,电极电流由零突跃至某一指定恒值，直至实验结束为止（图2a[常用的控制电流波形]），然后记录-关系，习惯也称计时电势法。

断电流法　在暂态实验开始以前，电极电流为某一指定恒值，让电极电势基本上达到稳态。实验开始时，电极电流突然切断为零。在电流切断的瞬间,电极的电阻极化（即欧姆电位降）消失，可使问题简化（图2b[常用的控制电流波形]）。

方波电流法　电极电流在某一指定恒值持续时间后,突变为另一指定恒值，持续时间后又突变回值,如此反复多次一般和的数值不相等,；在特殊情况下，控制和的数值相等, ＝,则称为对称方波电流法（图2c[常用的控制电流波形]）。

电流换向阶跃法　在暂态实验开始以前，电极电流为零。实验开始时电极电流突变至某一指定恒值,持续时间后,突变为另一指定恒值(改变电流方向),此后持续到实验结束（图2d[常用的控制电流波形]）。

双脉冲电流法　在暂态实验开始以前，电极电流为零。实验开始时，电极电流突跃至某一指定恒值,持续时间后，电极电流突降至另一指定恒值（电流方向保持不变），直至实验结束为止。一般的时间很短（微秒级），＞（图2e[常用的控制电流波形]）。

应用　暂态技术提供了比稳态技术更多的信息，用来研究电极过程动力学，测定电极反应动力学参数和确定电极反应机理，而且还可将测量迁越反应速率常数的上限提高2～3个数量级，有可能研究大量快速的电化学反应。暂态技术对于研究中间态和吸附态存在的电极反应也特别有利。暂态技术中测得的一些参量，例如双电层电容、欧姆电阻、由迁越反应速率常数决定的迁越电阻等，在化学电源、电镀、腐蚀等领域也有指导意义