一阶电路零状态响应
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当动态电路中所有储能元件都没有原始储能 ( 电容元件的电压为 0 ,电感元件的电流为 0) 时,换路后仅由输入激励(独立源)产生的响应称为零状态响 应。 RC电路的零状态响应 所谓RC 电路的零状态,是指换路前电容元件未储有能量,在此条件下,由独立源激励所产生的电路响应,称为零状态响应。分析 RC 电路的零状态响应,实际上是分析电容元件的充电过程。 如图1 所示RC 电路,
图1 RC电路的零状态响应 当 把 此方程为一阶线性非齐次微分方程,初始条件为 不难求得其特解为: 而对应的齐次方程 其中, A 为待定常数 , 代入初始条件 所以 电路中的电流为:
图 2 |
时刻,开关断开,电路处于零初始状态;
时开关闭合。其物理过程为:开关闭合瞬间,电容电压不能跃变,电容相当于短路,此时
,充电电流
,为最大;随着电源对电容充电,
增大,电流逐渐减小;当
时,
,
,充电过程结束,电路进入另一种稳态。
时,由 KVL定律可得 : 
,
代入得
( 1 )
。方程的解由非齐次微分方程的特解
和对应齐次微分方程的通解
组成,即
( 2 )
(3 )
的通解为:
( 4 )
为 RC 电路时间常数。故,
(5 )
,可得
。
( 6 )
( 7 )
和
的零状态响应波形如图 2 所示。可见:在直流电压源激励下,电容电压不能突变,须经历一个动态的充电过程,充电速度取决于时间常数
,当电容电压达到电源电压
时充电结束,电路进入稳态;电容电流
换路瞬间发生突变,随充电过程的进行逐渐下降,下降速度取决于时间常数
,充电结束后,电流为零,电路进入稳态。充电过程中电容元件获得的能量
以电场能量形式储存。 
和
的零状态响应波形 
。 t=0时刻开关闭合瞬间,电路即与一恒定电压为
的电压源接通,此时相当于接入一个阶跃电压。
时 , 根据 KVL 基尔霍夫电压定律 : 
,
代入并整理得
( 8 )
.
的解可分为微分方程的特解
和通解
两部分。容易求得特解
,同解可表示为
。故 
,得
。所以
(8 )
( 9 )
和
的零状态响应随时间的变化规律如图 4 所示。
不能突变,须经历一个动态充电过程,变化速度取决于时间常数
,当电感电流达到
时电路进入稳态;电感电压
在换路瞬间发生突变,随充电过程的进行逐渐下降,下降速度取决于时间常数
,充电结束后,电压为零,电路进入稳态。充电过程中电感元件获得的能量
以磁场能量形式储存。
和
的零状态响应 






