若电路中既有外加激励且初始条件(即内激励)也不为零,则电路中产生的响应称为全响应。即外加激励与内激励共同产生的响应,称为全响应。
图9.25(a)为非零状态的串联电路,其外加激励为阶跃电压,并设电路的初始条件为。
根据叠加原理,我们可将图9.25(a)所示电路分解成图9.25(b)所示零输入电路与图9.25(c)所示零状态电路的叠加。于是图9.25(a)电路中的全响应,即等于图9.25(b)电路中的零输入响应与图9.25(c)电路中的零状态响应的叠加,即
零输入响应零状态响应
将式(9.10)和(9.11)所示结果代入上式即得全响应为
图9.25电路的全响应
(9.14)
由式(9.14)可得
(9.15)
其中,即为电容的稳态电压,即当时电容电压。电容的初始值。
于是,对于一阶电路,只要求得了、和这三个要素值,然后代入此式,即可得电路的全响应。
式(9.15)推广,对于一阶电路中的任何变量,此式都成立。故可写为一般性的公式,即
(9.16)
其中,为稳态值,即当时电路的响应,由时的稳态电路求解;为初始值,可根据换路定理和等效电路求得;或为电路的时间常数,单位为秒,其中是从动态元件两端看进去的戴维南等效电阻。
几点说明:
(1)三要素公式只适应于一阶电路;
(2)只适用于直流激励或阶跃激励;
(3)不论那个变量,只要是同一电路的,其时间常数相同;
(4)三要素公式不仅能求零状态响应,也能求零输入响应及全响应。
例9.3图9.25所示电路,已知t<0时开关S闭合,电路已达稳态。t=0时刻打开开关S,求t>0时的响应和。
图9.25
解:
t<0时开关S闭合,电路已达稳态,电容C相当于开路,因此。
t=0时刻打开开关S,有
例9.4图9.26所示电路,已知t<0时开关S在“1”的位置,电路已达稳态。t=0时刻将开关S扳到“2”的位置。求t>0时的响应。
图9.26
解:
t<0时开关S在“1”的位置,电路已达稳态,电感相当于短路,有
时开关S在“2”的位置,有
,其中R可由图9.26求得,
故 A
V
例9.5图9.27所示电路,已知t<0时开关S打开,电路已达稳态。t=0时刻将开关S闭合。求t>0时的响应。
图9.27
解:
t<0时开关S打开,电路已达稳态,电容C相当于断路,电感L相当于短路,有
t>0时S闭合,有
t>0时有两个相互独立的回路,时间常数
故
所以
例9.6图9.28所示电路,激励的波形如右图所示,求零状态响应。
图9.28
解: A
当单独作用时,可求得电感电压的零状态响应
根据线性电路的性质得
V
例9.7如图9.29所示电路,已知,求电压,电流。
图9.29
解:
(1)时的等效电路如图9.29所示,其中,有
所以
故
(2)时,L短路,故。
(3)如图9.29所示,求时间常数。
因为
所以 ,
于是