電路分析中零狀態(tài)響應(yīng)

§8－2零狀態(tài)響應(yīng)初始狀態(tài)為零，僅僅由獨(dú)立電源(稱為激勵(lì)或輸入)引起的響應(yīng)，稱為零狀態(tài)響應(yīng)。本節(jié)只討論由直流電源引起的零狀態(tài)響應(yīng)。一、

RC電路的零狀態(tài)響應(yīng)

圖8-9(a)所示電路中的電容原來未充電，uC(0-)=0。t=0時(shí)開關(guān)閉合，RC串聯(lián)電路與直流電壓源連接，電壓源通過電阻對電容充電。當(dāng)前1頁，總共23頁。圖8-9uC(0-)=0其電壓電流的變化規(guī)律，可以通過以下計(jì)算求得。當(dāng)前2頁，總共23頁。(a)t<0的電路(b)t>0的電路以電容電壓為變量，列出圖(b)所示電路的微分方程圖8-9uC(0-)=0uC(0+)=0其電壓電流的變化規(guī)律，可以通過以下計(jì)算求得。當(dāng)前3頁，總共23頁。這是一個(gè)常系數(shù)線性非齊次一階微分方程。其解答由兩部分組成，即式中的uCh(t)是與式（8－8）相應(yīng)的齊次微分方程的通解，其形式與零輸入響應(yīng)相同，即當(dāng)前4頁，總共23頁。式(8－9)中的uCp(t)是式(8－8)所示非齊次微分方程的一個(gè)特解。一般來說，它的模式與輸入函數(shù)相同。對于直流電源激勵(lì)的電路，它是一個(gè)常數(shù)，令將它代入式(8－8)中求得因而當(dāng)前5頁，總共23頁。式中的常數(shù)K由初始條件確定。在t=0+時(shí)由此求得代入式(8－10)中得到零狀態(tài)響應(yīng)為當(dāng)前6頁，總共23頁。其波形如圖(8－10)所示。圖8－10RC電路的零狀態(tài)響應(yīng)曲線圖8-9當(dāng)前7頁，總共23頁。從上可見，電容電壓由零開始以指數(shù)規(guī)律上升到US，經(jīng)過一個(gè)時(shí)間常數(shù)變化到(1-0.368)US=0.632US，經(jīng)過(4～5)時(shí)間后電容電壓實(shí)際上達(dá)到US。電容電流則從初始值US/R以指數(shù)規(guī)律衰減到零。零狀態(tài)響應(yīng)變化的快慢也取決于時(shí)間常數(shù)

=RC。當(dāng)時(shí)間常數(shù)越大，充電過程就越長。當(dāng)前8頁，總共23頁。在幻燈片放映時(shí)，請用鼠標(biāo)單擊圖片放映錄像。當(dāng)前9頁，總共23頁。在幻燈片放映時(shí)，請用鼠標(biāo)單擊圖片放映錄像。當(dāng)前10頁，總共23頁。例8-3電路如圖8-11(a)所示，已知電容電壓uC(0-)=0。t=0

打開開關(guān)，求t0的電容電壓uC(t),電容電流iC(t)以及

電阻電流i1(t)。圖8-11uC(0-)=0當(dāng)前11頁，總共23頁。解：在開關(guān)斷開瞬間，電容電壓不能躍變，由此得到先將連接于電容兩端的含源電阻單口網(wǎng)絡(luò)等效于戴維寧等效電路，得到圖(b)所示電路，其中電路的時(shí)間常數(shù)為圖8-11當(dāng)前12頁，總共23頁。當(dāng)電路達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，電容相當(dāng)開路，由此求得按照式(8－11)可以得到為了求得i1(t)，根據(jù)圖（a）所示電路，用KCL方程得到當(dāng)前13頁，總共23頁。二、RL電路的零狀態(tài)響應(yīng)

RL一階電路的零狀態(tài)響應(yīng)與RC一階電路相似。圖8-12所示電路在開關(guān)轉(zhuǎn)換前，電感電流為零，即iL(0-)=0。當(dāng)t=0時(shí)開關(guān)由a倒向b，其電感電流和電感電壓的計(jì)算如下：圖8－12RL電路的零狀態(tài)響應(yīng)

當(dāng)前14頁，總共23頁。以電感電流作為變量，對圖(b)電路列出電路方程這是常系數(shù)非齊次一階微分方程，其解為當(dāng)前15頁，總共23頁。常系數(shù)非齊次一階微分方程的其解為式中

=L/R是該電路的時(shí)間常數(shù)。常數(shù)K由初始條件確定，即由此求得當(dāng)前16頁，總共23頁。最后得到RL一階電路的零狀態(tài)響應(yīng)為其波形曲線如圖8－13所示。圖8－13RL電路零狀態(tài)響應(yīng)的波形曲線當(dāng)前17頁，總共23頁。例8－4電路如圖8-14(a)所示，已知電感電流iL(0-)=0。

t=0閉合開關(guān)，求t0的電感電流和電感電壓。圖8-14當(dāng)前18頁，總共23頁。解：開關(guān)閉合后的電路如圖(b)所示，由于開關(guān)閉合瞬間電

感電壓有界，電感電流不能躍變，即將圖(b)中連接電感的含源電阻單口網(wǎng)絡(luò)用諾頓等效電路代替，得到圖(c)所示電路。由此電路求得時(shí)間常數(shù)為圖8-14當(dāng)前19頁，總共23頁。按照式(8－14)可以得到假如還要計(jì)算電阻中的電流i(t)，可以根據(jù)圖(b)電路，用歐姆定律求得圖8-14當(dāng)前20頁，總共23頁。在幻燈片放映時(shí)，請用鼠標(biāo)單擊圖片放映錄像。當(dāng)前21頁，總共23頁。

名稱時(shí)間

名稱時(shí)間1電容器的放電過程2:052電容器放電的波形2:073電容器的充電過程2:504電容器充電的波形2:415電容器充放電過程2:486直流電壓源對電容