《电工技术》课件-零状态响应

零输入响应课程导入零状态响应零状态响应一阶动态电路课程导入零状态响应零状态响应零状态响应RL串联电路电阻器电感器过程中的电流变化电器的启动速度和能耗影响电路的瞬态行为电器的启动速度和能耗零状态响应的概念零状态响应电器的启动速度和能耗电路储能元件初始储能为零，电路换路后在激励信号作用下产生的响应称为零状态响应。RL电路的零状态响应RC电路的零状态响应RC电路的零状态响应零状态响应电路在换路前电容元件的原始能量为零R＋SiCuC－t=0＋－USCRC串联电路t=0时开关S闭合之后电容上电压电流的变化称为RC电路的零状态响应电容充电过程直至电容两端电压与电压源电压Us相等，充电结束，电路中的电流也随之趋于零，电路达到稳态。RC电路的零状态响应零状态响应RC电路的零状态响应和零输入响应一样，都是按指数规律变化，显然这个暂态过程是电容元件的充电过程：可见在RC充电电路中，电容元件上的电压与电流方向关联，元件向电路吸取电能建立电场。tiCuCiCuCUSiC(0+)00.632USτ充电电流iC按指数规律衰减电容电压uC按指数规律增加RC电路的零状态响应定量分析零状态响应R＋SiCuC－t≥0＋－USC当t=0-时，开关S断开，且电容无储能,即uC(0+)=uC(0-)=0设在t＝0时刻开关S闭合，在t≥0＋时，由KVL可得由RC零状态响应电路图可得过渡过程结束时电容的极间电压(即换路后的新稳态值)RC电路的零状态响应定量分析零状态响应R＋SiCuC－t≥0＋－USC代入上式，得微分方程则电容电压的零状态响应为将关系和

RC电路的零状态响应定量分析零状态响应电容电压的零状态响应：

稳态分量暂态分量RC电路的零状态响应定量分析零状态响应根据KVL电压方程求解，可得电阻两端电压为R＋SiCuC－t≥0＋－USC

那么通过电容电流的零状态响应可表示为

RC电路的零状态响应定量分析零状态响应在整个过渡过程中，电源提供的能量一部分被电阻消耗掉，一部分储存在电容中，且WC=WR

USRC充电效率为50%RL电路的零状态响应零状态响应如图所示，电路在换路前电感元件上的原始能量为零，t=0时开关S闭合。之后电感上电压、电流的变化称为RL电路的零状态响应R＋SiLuL－t=0＋－USL＋uR－开关S闭合前电感无储能,即iL(0+)=iL(0-)=0设在t＝0时刻开关S闭合在t≥0＋时，由KVL可得:

将关系

和

代入上式，得微分方程

RL电路的零状态响应零状态响应解方程，并考虑初始条件iL（0+）=0，即可得

稳态分量暂态分量解出iL，便可进一步可以求得电感电压的零状态响应表达式

RL电路的零状态响应零状态响应iL、uL随时间变化的图象iLUS/R0ttuLUS0RL电路的零状态响应零状态响应可见，在RL零状态响应电路中，电感元件是建立磁场的过程，因此其电压、电流方向关联。tiCuCiLuLUSUS/R00.368USτuR0.632US/R一阶动态电路的零状态响应零状态响应tiCuCiLuCUSiC(0+)0τ0.632USR＋SiCuC－t=0＋－USC一阶电路的零状态响应也是随时间按指数规律变化的。其中电容电流和电感电压均随时间按指数规律衰减，因为它们只存在于过渡过程中；而电容电压和电感电流则按指数规律增长，这实质上反映了动态元件建立磁场或电场时吸收电能的物理过程。一阶动态电路的零状态响应零状态响应零状态响应取决于电路的独立源和电路本身特性，也是通过时间常数τ来体现其特性的。RL一阶电路的时间常数τ=L/RRC一阶电路的时间常数τ=RC一阶动