《電工技術(shù)》課件-零狀態(tài)響應(yīng)

零輸入響應(yīng)課程導(dǎo)入零狀態(tài)響應(yīng)零狀態(tài)響應(yīng)一階動(dòng)態(tài)電路課程導(dǎo)入零狀態(tài)響應(yīng)零狀態(tài)響應(yīng)零狀態(tài)響應(yīng)RL串聯(lián)電路電阻器電感器過(guò)程中的電流變化電器的啟動(dòng)速度和能耗影響電路的瞬態(tài)行為電器的啟動(dòng)速度和能耗零狀態(tài)響應(yīng)的概念零狀態(tài)響應(yīng)電器的啟動(dòng)速度和能耗電路儲(chǔ)能元件初始儲(chǔ)能為零，電路換路后在激勵(lì)信號(hào)作用下產(chǎn)生的響應(yīng)稱為零狀態(tài)響應(yīng)。RL電路的零狀態(tài)響應(yīng)RC電路的零狀態(tài)響應(yīng)RC電路的零狀態(tài)響應(yīng)零狀態(tài)響應(yīng)電路在換路前電容元件的原始能量為零R＋SiCuC－t=0＋－USCRC串聯(lián)電路t=0時(shí)開(kāi)關(guān)S閉合之后電容上電壓電流的變化稱為RC電路的零狀態(tài)響應(yīng)電容充電過(guò)程直至電容兩端電壓與電壓源電壓Us相等，充電結(jié)束，電路中的電流也隨之趨于零，電路達(dá)到穩(wěn)態(tài)。RC電路的零狀態(tài)響應(yīng)零狀態(tài)響應(yīng)RC電路的零狀態(tài)響應(yīng)和零輸入響應(yīng)一樣，都是按指數(shù)規(guī)律變化，顯然這個(gè)暫態(tài)過(guò)程是電容元件的充電過(guò)程：可見(jiàn)在RC充電電路中，電容元件上的電壓與電流方向關(guān)聯(lián)，元件向電路吸取電能建立電場(chǎng)。tiCuCiCuCUSiC(0+)00.632USτ充電電流iC按指數(shù)規(guī)律衰減電容電壓uC按指數(shù)規(guī)律增加RC電路的零狀態(tài)響應(yīng)定量分析零狀態(tài)響應(yīng)R＋SiCuC－t≥0＋－USC當(dāng)t=0-時(shí)，開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)，且電容無(wú)儲(chǔ)能,即uC(0+)=uC(0-)=0設(shè)在t＝0時(shí)刻開(kāi)關(guān)S閉合，在t≥0＋時(shí)，由KVL可得由RC零狀態(tài)響應(yīng)電路圖可得過(guò)渡過(guò)程結(jié)束時(shí)電容的極間電壓(即換路后的新穩(wěn)態(tài)值)RC電路的零狀態(tài)響應(yīng)定量分析零狀態(tài)響應(yīng)R＋SiCuC－t≥0＋－USC代入上式，得微分方程則電容電壓的零狀態(tài)響應(yīng)為將關(guān)系和

RC電路的零狀態(tài)響應(yīng)定量分析零狀態(tài)響應(yīng)電容電壓的零狀態(tài)響應(yīng)：

穩(wěn)態(tài)分量暫態(tài)分量RC電路的零狀態(tài)響應(yīng)定量分析零狀態(tài)響應(yīng)根據(jù)KVL電壓方程求解，可得電阻兩端電壓為R＋SiCuC－t≥0＋－USC

那么通過(guò)電容電流的零狀態(tài)響應(yīng)可表示為

RC電路的零狀態(tài)響應(yīng)定量分析零狀態(tài)響應(yīng)在整個(gè)過(guò)渡過(guò)程中，電源提供的能量一部分被電阻消耗掉，一部分儲(chǔ)存在電容中，且WC=WR

USRC充電效率為50%RL電路的零狀態(tài)響應(yīng)零狀態(tài)響應(yīng)如圖所示，電路在換路前電感元件上的原始能量為零，t=0時(shí)開(kāi)關(guān)S閉合。之后電感上電壓、電流的變化稱為RL電路的零狀態(tài)響應(yīng)R＋SiLuL－t=0＋－USL＋uR－開(kāi)關(guān)S閉合前電感無(wú)儲(chǔ)能,即iL(0+)=iL(0-)=0設(shè)在t＝0時(shí)刻開(kāi)關(guān)S閉合在t≥0＋時(shí)，由KVL可得:

將關(guān)系

和

代入上式，得微分方程

RL電路的零狀態(tài)響應(yīng)零狀態(tài)響應(yīng)解方程，并考慮初始條件iL（0+）=0，即可得

穩(wěn)態(tài)分量暫態(tài)分量解出iL，便可進(jìn)一步可以求得電感電壓的零狀態(tài)響應(yīng)表達(dá)式

RL電路的零狀態(tài)響應(yīng)零狀態(tài)響應(yīng)iL、uL隨時(shí)間變化的圖象iLUS/R0ttuLUS0RL電路的零狀態(tài)響應(yīng)零狀態(tài)響應(yīng)可見(jiàn)，在RL零狀態(tài)響應(yīng)電路中，電感元件是建立磁場(chǎng)的過(guò)程，因此其電壓、電流方向關(guān)聯(lián)。tiCuCiLuLUSUS/R00.368USτuR0.632US/R一階動(dòng)態(tài)電路的零狀態(tài)響應(yīng)零狀態(tài)響應(yīng)tiCuCiLuCUSiC(0+)0τ0.632USR＋SiCuC－t=0＋－USC一階電路的零狀態(tài)響應(yīng)也是隨時(shí)間按指數(shù)規(guī)律變化的。其中電容電流和電感電壓均隨時(shí)間按指數(shù)規(guī)律衰減，因?yàn)樗鼈冎淮嬖谟谶^(guò)渡過(guò)程中；而電容電壓和電感電流則按指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng)，這實(shí)質(zhì)上反映了動(dòng)態(tài)元件建立磁場(chǎng)或電場(chǎng)時(shí)吸收電能的物理過(guò)程。一階動(dòng)態(tài)電路的零狀態(tài)響應(yīng)零狀態(tài)響應(yīng)零狀態(tài)響應(yīng)取決于電路的獨(dú)立源和電路本身特性，也是通過(guò)時(shí)間常數(shù)τ來(lái)體現(xiàn)其特性的。RL一階電路的時(shí)間常數(shù)τ=L/RRC一階電路的時(shí)間常數(shù)τ=RC一階動(dòng)