一阶电路的零状态响应

时间:2023-03-14来源: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

    低压断路器图片_低压断路器图片内部结构_无熔丝开关/无熔丝断路器

    无熔丝开关(no fuse breaker,简称NFB),是利用热量或者是电磁的方式,来驱动内部的双金属片,使其弯曲,达到切断电路的目的。 断路器 内部构造示意图 ⒈把手、⒉线螺管机械机构、...
    2023-03-11
    低压断路器图片_低压断路器图片内部结构_无熔丝开关/无熔丝断路器

    如何制作高压电缆中间接头,中间接头制作方法步骤

    有关高压电缆 中间接头的制作方法与步骤,包括固定电缆末端、剥切电缆、焊接地线 、安装分支指套等制作过程,高压电缆中间接头的制作技术要求。 高压电缆中间接头制作方法 1、...
    2022-12-10

    神奇的机械原理动态图

    神奇的机械原理动态图,揭示机械的工作原理。这些图里面有些很有意思,有些则是平常能见到实物,但工作原理却不怎么清楚。 曲柄连杆发动机 圆锥破碎机 压铸模具 齿轮泵工作原理...
    2023-03-15

    OTDR的操作经验及技巧

    OTDR(光时域反射仪) 在光缆网络建设中是必不可少的测试仪器,因此在光缆测试当中,如何快速有效地测试出需要的数据显得尤为重要,这就要求工程技术人员灵活掌握各种测试技巧,深圳...
    2023-03-11

    交流接触器常开常闭怎么区分

    在接触器 线圈没通电的状态下,用万用表 量辅助触头,通的就是常闭,不通的是常开。 也可以看标识(号),常闭标识:11-12,21—22,31—32,41—42; 常开标识:13—14,23—24,33—...
    2023-03-07
    交流接触器常开常闭怎么区分

    热销商品

    加厚abs安全帽电工建筑工地程施工领导监理透气防砸头盔可印字V型

    这款加厚ABS安全帽专为电工、建筑工地施工人员、领导及监理设计,采用高强度ABS工程塑料,抗冲击、防砸性能优异,有效保障头部安全。帽体加厚设计,增强耐用性与防护等级...
    5.8

    水口钳高硬度模型剪钳电子钳工业级口水剪斜嘴钳偏口斜口专用钳子

    水口钳高硬度模型剪钳是一款工业级精密工具,专为电子、模型制作及精细作业设计。采用优质高碳钢材质,经热处理工艺打造,具备卓越的硬度和耐磨性,可轻松剪切金属引脚、...
    4.8

    170电子剪钳II 如意斜口钳 工业斜嘴钳水口钳 模型剪塑胶钳尖嘴钳

    170电子剪钳II如意斜口钳是一款专业级精密工具,集工业斜嘴钳、水口钳、模型剪、塑胶钳与尖嘴钳功能于一体,适用于电子维修、模型制作、手工艺及精密作业。其采用优...
    4.5

    安全帽国标工地加厚施工领导透气安全头盔建筑工程监理免费印字

    本款安全帽严格遵循国家GB 2811-2019标准,专为建筑工程、工地施工及监理人员设计。采用高强度ABS工程塑料,加厚壳体有效抗冲击,保障头部安全。帽体轻盈透气,内置可调...
    10

    包邮三角型简易螺丝刀三角十字螺丝刀螺丝批改锥起子五金工具5mm

    这款5mm三角型简易螺丝刀,专为拧紧或拆卸三角形螺丝设计,适用于电子维修、家电维护及精密仪器装配等场景。采用优质合金钢材质,刀头硬度高、耐磨损,确保长久使用不变...
    3.64

    网站栏目