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引起电路响应的因素有两个方面,一是电路的激励,而是动态元件储存的初始能量.当激励为零,仅由动态元件储存的初始能量引起的响应叫零输入响应;当动态元件储存的初始能量为零,仅由激励引起的响应叫零状态响应;两个同时引起的响应叫全响应.

零状态响应是指在t=0-时,电容器的电压为0,电感器的电流为0;
零输入响应是指在t=0-时,电源的输入为0;下面早点介绍一阶电路的全响应。

全响应:非零初始状态的电路受到外加激励时电路中产生的响应,称为全响应。
  1.RC电路的全响应的分析

   
  (非齐次微分方程)
   
  解答为:uC = uC' + uC''


  得RC电路的全响应的通式:
  2.RC电路的全响应通式的两种分解方式
  (1)全响应(complete response)
  = 强制响应(forced response)+自由响应(natural response)
  = 稳态响应(steady-state response) +暂态响应(transient response)


  (2)全响应= 零状态响应 + 零输入响应


  全响应小结:
  (1)全响应的不同分解方法只是便于更好地理解过渡过程的本质;
  (2)零输入响应与零状态响应的分解方法其本质是叠加,因此只适用于线性电路;
  (3)零输入响应与零状态响应均满足齐性原理,但全响应不满足。

]

电路中含有一个独立的储能元件(电容或电感)的称为一阶电路.
若输入的激励信号为零,仅有储能元件的初始储能所激发的响应,称为零输入响应.
反之,电路的初始储能为零,仅由激励引起的响应为零状态响应.
动态电路,电源.电感或电容的初始储能均能作为电路的激励引起响应.

零状态响应(zero-state response):
  电路在储能元件零初始条件下由外施激励引起的电路响应。
  
  1.RC电路的零状态响应

  t < 0时,开关S在位置1,处于稳态,即:uC(0-) = 0。
  t = 0时,开关S打向位置2,列方程:
   一阶常系数非齐次线性微分方程
  
  :特解(强制分量)
  与输入激励的变化规律有关。当某些激励的强制分量为电路的稳态解时,强制分量又称为稳态分量。
  (1)求稳态分量 即特解 
  和外加激励信号具有相同的形式。
  
   在该电路中,令=K(常数)
   代入方程  得  
   
  在电路中,通常取换路后的新稳态值 [记作:]作特解,故此特解也称为稳态分量。
   所以该电路的特解为:
   (2)求 :通解(自由分量,暂态分量)
   
能量关系
   


电源提供的能量一半消耗在电阻上,一半转换成电场能量储存在电容中,也就是说,充电效率为50%。
  2.RL电路的零状态响应
  已知iL(0-) = 0,求电感电流iL(t)。
  
3.一阶电路零状态响应解的一般公式
  一阶电路的零状态响应是由激励引起的响应,它实质上是动态元件的储能由零逐渐增长到某一定值的过程。
  
  (1)τ体现了一阶电路的固有特性,衰减快慢取决于时间常数τ。
  RC电路τ = ReqC,RL电路τ = L/Req。
  
  (2)
  例6. 如图所示电路,已知t < 0时电路处于稳态,t = 0时开关S闭合。求t > 0时的L、i1、u2。
  


上式可写成:
  在直流激励下,电路的任意一个全响应可用f(t)表示,则:
  
  一阶电路暂态分析的三要素法

  
  式中f(t)分代表一阶电路中任一电压、电流函数。
  
  结论
  根据三要素,可直接写出一阶电路在直流激励下的全响应,这种方法称为三要素法。适用范围:激励为直流和正弦交流。
  三要素法求解暂态过程要点:
  (1)分别求初始值、稳态值、时间常数;
  (2)将以上结果代入暂态过程通用表达式;
  (3)画出暂态过程曲线(由初始值→稳态值)。
   (电压、电流随时间变化的关系)
  
  1.初始值的计算
  步骤: (1)求换路前的
     (2)根据换路定则得出:
    (3)根据换路后的等效电路,求其它的或 
  2.稳态值 的计算
  步骤:(1)画出换路后的等效电路 (注意:在直流激励的情况下,稳态时令C开路,L短路);
     (2)根据电路的解题规律,求换路后所求未知数的稳态值。
  注: 在交流电源激励的情况下,要用相量法来求解。
  求稳态值举例
  
  3.时间常数的计算
  原则:要由换路后的电路结构和参数计算。(同一电路中各物理量的是一样的)
  步骤:(1)对于只含一个R和C的简单电路,对于较复杂的一阶RC电路,将C以外的电路,视为有源二端网络,然后求其等效内阻 R'。则:
  (2)对于只含一个L 的电路,将 L 以外的电 路,视为有源二端网络,然后求其等效内阻R'。则:
  RC 电路τ的计算举例
  例9.


  RL 电路τ 的计算举例
  例10.


  例11.
  已知 t = 0时合开关S,求换路后的uC(t)。
  
  
  解:
  
  
  
  
  


发布时间:2023-10-26
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