例 7 — 9 图( a ) ( b )
解:这是一个RL电路零状态响应问题,t>0 后的等效电路如图(b)所示, 其中:
因此时间常数为:
把电感短路得电感电流的稳态解: 则
例7-10 图示电路原本处于稳定状态,在t=0时 , 打开开关K,求t>0 后的电感电流iL和电压uL及电流源的端电压。
例 7-10 图(a) 图(b)
解:这是一个RL电路零状态响应问题,应用戴维宁定理得t>0后的等效电路如图(b)所示,有:
把电感短路得电感电流的稳态解: 则
由图(a)知电流源的电压为:
二、正弦激励下的零状态响应 1.RC串联电路 *
2.RL串联电路 (详见原备课笔记 6-3)
§7.4 一阶电路的全响应
教学目的:掌握一阶电路全响应的物理概念和过渡过程。 教学重点:全响应一般公式。 教学难点:全响应的求解。 教学方法:课堂讲授。 教学内容:
一阶电路的全响应是指换路后电路的初始状态不为零,同时又有外加激励源作用时电路中产生的响应。 1.全响应
以图 7.19 所示的 RC 串联电路为例:
图 7.19
图 7.20
电路微分方程为:
方程的解为: uC(t)=uC'+ uC"
令微分方程的导数为零得稳态解:uC"=US
暂态解 , 其中τ= RC
因此
-
+
由初始值定常数A,设电容原本充有电压:uC(0)= uC(0)=U0
+
代入上述方程得:uC(0)= A + US = U0 解得:A = U0 - US
所以电路的全响应为:
2. 全响应的两种分解方式
(1)上式的第一项是电路的稳态解,第二项是电路的暂态解,因此一阶电路的全响应可以看成是稳态解加暂态解,即:全响应 = 强制分量 ( 稳态解 )+ 自由分量 ( 暂态解 ) (2)把上式改写成:
显然第一项是电路的零状态解,第二项是电路的零输入解,因此一阶电路的全响应也可以看成是零状态解加零输入解,即:全响应 = 零状态响应 + 零输入响应 此种分解方式便于叠加计算,如图 7.21 所示。
图 7.21
3. 三要素法分析一阶电路
一阶电路的数学模型是一阶微分方程 :其解答为稳态分量加暂态分量,即解的一般形式为 : t= 0 时有 : 则积分常数:
+
代入方程得: 注意直流激励时 :
以上式子表明分析一阶电路问题可以转为求解电路的初值 f(0),稳态值 f(∞)及时间常数τ的三个要素的问题。求解方法为:
++
f(0): 用 0 等效电路求解; f(∞): 用 t →∞ 的稳态电路求解;
时间常数τ:求出等效电阻,则电容电路有τ=RC ,电感电路有:τ= L/R。
例7-11 图示电路原本处于稳定状态,t=0时打开开关K,求t>0后的电感电流iL和电压uL
+
例 7-11 图
解:这是一个一阶 RL 电路全响应问题,电感电流的初始值为: 时间常数为: 因此零输入响应为:
零状态响应为: 全响应为:
也可以求出稳态分量: 则全响应为:
代入初值有: 6 = 2 + A ,得: A=4
例7-12 图示电路原本处于稳定状态,t=0时开关K闭合,求t>0后的电容电流iC和电压
uC及电流源两端的电压。已知:
例 7-12 图
解:这是一个一阶 RC 电路全响应问题,其稳态解: 时间常数为: 则全响应为:
代入初值有: 1 = 11 + A ,得: A= - 10 所以:
电流源电压为:
例7-13 图示电路原本处于稳定状态,t=0时开关闭合,求t>0后的电容电压uC并画出波形图。
例 7-13 图(a)
解:这是一个一阶 RC 电路全响应问题,应用三要素法, 电容电压的初始值为: 稳态值为:
时间常数为:
代入三要素公式:
所以:
图( b )
电容电压随时间变化的波形如图(b)所示。
例7-14 图示电路原本处于稳定状态,t=0 时开关闭合,求t>0 后各支路的电流。
例 7-14 图
解:这是一个一阶 RL 电路全响应问题,应用三要素法, 三要素为: