一阶电路的零状态响应

时间:2023-03-14作者:佚名
    在动态元件初始储能为 0 的前提下,电路对初始激励产生的响应,称为零状态响应。显然,这一响应与输入形式有关。

    最简单最基本的输入形式是直流电压源和恒流源。

1、RC 电路的零状态响应

    如图,在 t = 0 时刻,开关闭合,问 i 、u R 、 u C 如何变化?

    一阶电路的零状态响应

    物理过程分析:

    根据以前知识,uC ( 0 )=uC ( 0 )=u C ( 0 )=0 。这就是说,在 t=0 时刻,电容相当于短路,直流电压全部降落在 R上,那么电流 i (0 )=U 0 / R 。但是,电流一经流动,必然在电容极板上产生电荷堆积,qCu C > 0。然而,总电压 U0 不变,R 上压降必然减小,从而电流 iuR/R 减小 …… 。最终,uCU0i →0,充电停止,电路达到另外一个稳态,此时,电容相当于开路。

    数学求解:

      t > 0

一阶电路的零状态响应
    这是一个一阶线性常系数非齐次微分方程。作如下代换后,求解:

一阶电路的零状态响应
    结论:uC 随时间呈指数增长,最终趋于 uC。而 uR 则相反, uCuRU0 。电流 i(t) 从 U0 / R开始衰减,最终趋于0,快慢取决于 τ

    特别注意: 在整个充电过程中,电源提供的能量、电阻消耗的能量、电容储存的能量有下列关系:

一阶电路的零状态响应
    使人惊奇的是:不论 C R 的取值有多大,充电过程中,电源提供的能量中,正好一半转变成电场能存储于电容中,另一半则被 R 消耗掉了,即充电效率仅有50%。

2、RL 电路的零状态响应

    如图,在 t = 0 时刻,开关闭合,直流电压源加于电路。问 i 、u R 、 u L 随时间如何变化?

    一阶电路的零状态响应

    物理过程分析:

    根据以前知识,在有限电压前提下,电流不能跃变,i ( 0 ) = i ( 0 )= i ( 0 ) = 0 。也即:

        u R( 0 ) = R i ( 0 )= 0

    此刻, U 0 全部降落在 L 上,即:

        u L( 0 ) = U0

    换句话说,L 相当于开路 。

    但是,电流一经流动,必然在 R 上产生压降,总电压 U0不变,故 L 上压降必然减小。

    最终,电流趋于最大值 u 0 / RU 0 全部降在 R 上,U L → 0 ,此时,电感相当于短路。电路达到另外一个稳态。

    数学求解 t > 0 的电路响应:

一阶电路的零状态响应

    运用高等数学中求解一阶线性非齐次方程的一种方法,先求得相应齐次方程的通解:

一阶电路的零状态响应
一阶电路的零状态响应
    在 0~∞时间内,L 储备的磁能:

一阶电路的零状态响应

相关阅读

懂了,原来MLCC贴片电容选型是这样的!

MLCC贴片电容选型 不同介质性能决定了 MLCC不同的应用。 C0G 电容器具有高温度补偿特性,适合旁路电容和耦合电容。 X7R 电容器是温度稳定型陶瓷电容器,适合要求不高的工业应用。...
2023-03-31
懂了,原来MLCC贴片电容选型是这样的!

安全用电常识,我来帮您科普一下

(1)导线、接头、插座、接 线盒连接应符合规范,不得乱拉乱接电线,导线连接处注意要有很好的绝缘。 (2)室内布线及电器设备,不可有裸露的带电体,对于裸露部分应包上绝缘带...
2023-06-13
安全用电常识,我来帮您科普一下

电工知识基础讲解——基本照明电路及家用电路安装,值得收藏!

1、家庭中三种用电线路 1、照明电路:用于家中的照明和装饰 2、空调线路:电流大,需要单独控制 3、插座线路:用于家电供电使用 为了避免在日常生活中三种线路不互相影响,常将这...
2023-06-11
电工知识基础讲解——基本照明电路及家用电路安装,值得收藏!

电工高手的不传之秘:20 个实用工作技巧大公开

作为一名工作多年的电工高级技师,在长期的实践中积累了不少实用的技巧。今天,就来和大家分享一下这些宝贵的经验。 首先,在进行电路维修和安装时,一定要养成良好的标记习惯。无...
2024-08-23
电工高手的不传之秘:20 个实用工作技巧大公开

电容补偿容量怎么算?一个公式+一个案例讲清楚。

"车间功率因数只有0.75,供电局罚了好几千。想装电容补偿柜,但到底要补多少容量?"这是工厂配电中最实用的计算之一。算少了不够用,算多了浪费钱还可能过补。其实就一个公式,三分钟...
2026-06-20

热销商品

手术衣一次性防护服打农药防尘实验服参观服加厚透气无纺布隔离衣

手术衣一次性防护服,作为一种重要的医疗防护用品,广泛应用于医院、实验室等场所。它采用加厚透气无纺布制成,具有优良的防尘、防污、防病毒能力,能有效保护医护人员免...
14

欧普照明led灯泡e27/e14大小螺口超亮家用节能灯螺旋暖白光球泡

欧普照明LED灯泡,适用于E27和E14两种常见螺口,是您家用照明的理想选择。这款灯泡采用先进LED技术,亮度超群,瞬间点亮,无需等待,为您提供明亮舒适的光环境。同时,它节能环...
3.59

LED柜内照明灯 AC220V 4W 7W配电箱导轨式 LL10-W 高压柜内照明灯

LED柜内照明灯AC220V 4W/7W配电箱导轨式LL10-W是一款专为高压柜、配电箱等封闭电气设备设计的紧凑型照明产品。采用高效LED光源,功耗低(4W/7W可选),亮度高,寿命长,节能...
7

密封胶条包邮耐磨耐高温耐腐蚀圆柱棒丁晴/氟胶实心硅胶胶条红色

本品采用优质丁腈橡胶(NBR)或氟橡胶(FKM)及实心硅胶材质制成,呈红色圆柱棒状,具备卓越的耐磨、耐高温(-40℃至+200℃以上,氟胶可达250℃)、耐腐蚀性能,适用于酸、碱、油类等...
1

小木锤木锤子实木木榔头圆头木锤实木棰木头锤子木柄锤黄檀手工锤

小木锤采用优质黄檀木精心打造,通体实木结构,质地坚硬、纹理细腻,手感温润舒适。圆头设计兼顾敲击与整形功能,适用于木工、雕刻、家具组装及日常维修等场景。木柄经精...
3.4

网站栏目