零状态全响应三要素学习教案

1、会计学1零状态全响应三要素零状态全响应三要素第一页，编辑于星期三：四点 三十六分。小结：4.一阶电路的零输入响应和初始值成正比，称为零输入线性。1. 一阶电路的零输入响应是由储能元件的初值引起的响 应 , 都是由初始值衰减为零的指数衰减函数。2. 衰减快慢取决于时间常数 RC电路 = RC , RL电路 = L/R3. 同一电路中所有响应具有相同的时间常数。 tftf e )0()(因此，只要求出初始值f(0+)和时间常数，即可根据公式直接写出uc、iL的零输入状态，再根据元件的VAR ，便可一求出其他各个电压、电流。t0第1页/共21页第二页，编辑于星期三：四点 三十六分。求解零输入响应问题

2、的步骤：（1）通过换路前的稳态电路求电容电压、电感电流，由换路 定则得到电压、电流的初始值；（2）由换路后的电路求与动态元件相连的总电阻，即总的等 效电阻，从而求出电路的时间常数；（3）由RC零输入响应公式和RL零输入响应公式求出各电 压、电流值；（4）需画电压电流波形时，注意确定初始值和时间常数，以 及时间常数的大小和波形衰减的快慢。第2页/共21页第三页，编辑于星期三：四点 三十六分。零状态响应：储能元件初始能量为零的电路在输入激励作用 下产生的响应(excited response)SCCUutuRC dd列方程：iK(t=0)US+uRC+uCRuC (0-)=03-3 一阶电路的零状

3、态响应(zero state response) 非齐次线性常微分方程解答形式为：cccuuu 齐次方程的通解非齐次方程的特解一. RC电路的零状态响应第3页/共21页第四页，编辑于星期三：四点 三十六分。与输入激励的变化规律有关，某些激励时强制分量为电路的稳态解，此时强制分量称为稳态分量RCtCAu e变化规律由电路参数和结构决定全解 A= - US由起始条件 uC (0+)=0 定积分常数 A：特解（强制分量）Cu = USCu ：通解（自由分量，暂态分量）Cu RCtSCCCAUuuu e)0( )e1(e tUUUuRCtSRCtSSc强制分量(稳态)自由分量(暂态)0eddC tRU

4、tuCiRCtSt-USuCuCUSuctiRUS0第4页/共21页第五页，编辑于星期三：四点 三十六分。例 3-3-1 t=0时,开关闭合,求t0时的电压uc和电流ic.9VSR16R2+3+USic3RCuC2FicReq+Uoc3RCuC2F+解: (1)把RC支路以外的部分等效为戴维宁等效电路（求 Uoc、Req）； (2)求时间常数t；注意：t=R总C （3）按零状态响应公式直接求出uc和ic。 注意：此时 Us=Uoc 第5页/共21页第六页，编辑于星期三：四点 三十六分。二. RL电路的零状态响应0)e1( tRUitLRSL0edd tUtiLutLRSLiLk(t=0)US+

5、uRL+uLR解iL(0-)=0求: 电感电流iL(t)已知uLUSt0tiLRUS0第6页/共21页第七页，编辑于星期三：四点 三十六分。小结：3. 一阶电路的零状态响应和激励成正比，称为零状态线性。一阶电路的零状态响应是在零初始状态下，由外加激 励引起的响应 。都是由零按指数规律上升到稳态值。2. 上升的快慢取决于时间常数 RC电路 = RC , RL电路 = L/R因此，只要求出u()或i()和，根据公式直接写出uc、iL的零状态，再根据元件的VAR ，便可一求出其他各个电压、电流。)e1)()( tftf 第7页/共21页第八页，编辑于星期三：四点 三十六分。RL零状态响应电路iL(0

6、+)= iL(0-)=0 = L/RRC零状态响应电路uC (0+)= uC (0-)=0 =RC0)e-(1 tUuRCtSC0e tRUiRCtSC0)e-(1 tRUitLRSL0 teUuRCtSR0 teUutLRSL0)1( teUutLRSR)e1)()( tftf 第8页/共21页第九页，编辑于星期三：四点 三十六分。零输入响应： tftf e)0()(零状态响应：)e1)()( tftf 只需求解出初始值和时间常数即可。全响应：？=零输入响应+零状态响应 ttt)(f)(f)(f)(f)(f)t(fe0e1e0只需求解出稳态值和时间常数即可。第9页/共21页第十页，编辑于星期

7、三：四点 三十六分。3-4 一阶电路的全响应一阶电路的全响应(complete response)全响应：非零初始状态的电路受到激励时电路中产生的响应一阶电路的全响应及其两种分解方式iK(t=0)US+uRC+uCRSCCUutuRC dduC (0-)= uC (0+)= U0非齐次方程 tSCeUu A 1. 全解 =暂态响应分量+稳态响应分量 A=U0 - US由起始值定A强制分量(稳态解)自由分量(暂态解)0)(0 teUUUutSSC 第10页/共21页第十一页，编辑于星期三：四点 三十六分。uC-USU0暂态解uCUS稳态解U0uc全解tuc0稳态解(稳态响应分量):是t=时电路进

8、入稳态时的uc值,其变化规律是由输入激励决定的.暂态解(暂态响应分量):按指数规律逐渐衰减,最终趋近于零,其变化规律与输入激励无关,决定于电路结构和参数.稳态分量为零0)(10 teUURdtduCitSc 0)(0 teUURiutSR 第11页/共21页第十二页，编辑于星期三：四点 三十六分。iK(t=0)US+uRC+uCRuC (0-)=U0iK(t=0)US+uRC+ uCR=uC (0-)=0+uC (0-)=U0C+ uCiK(t=0)+uRR2. 全响应= 零状态响应 + 零输入响应tuc0US零状态响应全响应零输入响应U0零状态响应零输入响应0)1(0 teUeUuttSC

9、第12页/共21页第十三页，编辑于星期三：四点 三十六分。暂态+稳态零输入+零状态0)(0 teUUUutSSC 0)1(0 teUeUuttSC 电路响应与其工作状态 之间的关系激励与响应的因果关系根据需要任选其中的一种RC电路 =RC0)(10 teUURdtduCitSc 0)(0 teUURiutSR 0)(0 teUUUutSSC RL电路=L/R0)(0 teRIUdtdiLutSLL 0)(0 tUeURIuStSR 0)(0 teRUIRUitSSL 第13页/共21页第十四页，编辑于星期三：四点 三十六分。例 3-4-1 开关S打开前已稳定.在t=0时,将开关S断开,求开关S

10、断开后电路中的电流i及电感电压uL.+_USR2R1L+_uLiS解法一 全响应 i =暂态响应ih + 稳态响应ip0 tAeith ARRUiSp2421221 2 tAei由初始值求：2)0(6)0( AiisRRL1.021 0)24(10 tAeit02410 tVedtdiLutL第14页/共21页第十五页，编辑于星期三：四点 三十六分。解法二 全响应 i =零输入响应i + 零状态响应iAisAii2)(1 . 06)0()0( )0()(06.110 tteftftAei )1)()(0)1(2. 210 tteftftAei 0)24(10 tAeiiit02410 tVed

11、tdiLutL第15页/共21页第十六页，编辑于星期三：四点 三十六分。3-4 一阶电路的三要素法)()()0()( fefftft 时时间间常常数数初初始始值值稳稳态态值值三三要要素素 )0( )(: ff适用范围：激励源为直流 0)()()()0(0 tUeUUueuuuStSCtCCC RCRL 0)()()()0(0 tRUeRUIieiiiStSLtLLL 快速公式第16页/共21页第十七页，编辑于星期三：四点 三十六分。应用三要素法分析一阶动态电路的步骤：（3） 求时间常数 ：同一电路只有一个时间常数。画出换路后除源（即将电压源短路，电流源开路）的等效电路，求出从动态元件两端看进去

12、的戴维宁等效电阻Req。对含有电容的一阶动态电路，其时间常数为= Req C，对含有电感的一阶动态电路，其时间常数为=L/ Req 。 （2）求稳态值 ：画出换路后t=时的直流稳态等效电路，在此电路中电容代之以开路，电感代之以短路，其它元件不变。用分析电阻电路的方法，求出所要求的变量的稳态值 。)( f)( f（1）求初始值：按3-1中介绍的方法求解。)0 ( f)0( f)( f （4）求响应 ：将 、 和 代入“快速公式” 。)(tf第17页/共21页第十八页，编辑于星期三：四点 三十六分。3例3-5-16+-uC已知： t=0时，开关1 2， 用三要素法求换路后的uC和icF21+_3V_3V+S12iC解（1）求初始值)0( Cu关键：画0-时刻的等效电路；换路定则36+-uC+_3ViC0-等效电路：2V0u0uCC )()(（2）求稳态值)( Cu关键：画t=时的等效电路，电容代之以开路6+-_+iC时的等效电路：3V3uC2V)uC (第18页/共21页第十九页，编辑于星期三：四点 三十六分。（3）求等效电阻Req关键：Req为从电容两端看进去的等效电