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9.6  一阶电路全响应的三要素法

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;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

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

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

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