1、換路定理:換路前后,電容兩端的電壓不能突變,電感中的電流不能突變,此關(guān)系稱為換路定則。
2、一階電路時域分析
(1)微分方程的建立:電路中存在單個動態(tài)元件(一個電容或一個電感)的電路稱為一階電路,常見的一般有一階RC電路和一階RL電路。如下圖所示
建立微分方程的步驟如下:確定電路中的中間變量(比如電流或電壓);通過中間變量確定輸入與輸出之間的參數(shù)方程,消去中間變量即可得到輸入與輸出之間的方程。
對于一階RC電路微分方程的建立步驟如下:由于電路是串聯(lián),所以取電流i作為中間變量,輸入電壓為Us,所以根據(jù)KVL建立方程
對于一階RL電路微分方程的建立步驟如下:由于電路是串聯(lián),所以取電流i作為中間變量,輸入電壓為Us,所以根據(jù)KVL建立方程
根據(jù)換路定理,一般在一階RL電路中,建立的是電感電流和電壓激勵的關(guān)系,在一階RC電路中建立的是電壓激勵和電容電壓的關(guān)系。
(2) 零輸入響應(yīng) :所謂零輸入響應(yīng)就是當(dāng)電路的激勵為零的時候,動態(tài)元件依靠初始儲能完成的輸出響應(yīng),對應(yīng)到一階微分方程上,就是求一階微分方程的齊次解。對于一階RC電路,零輸入響應(yīng)為
對于一階RL電路,零輸入響應(yīng)為
(3) 零狀態(tài)響應(yīng) :所謂零狀態(tài)響應(yīng)就是當(dāng)電路存在輸入激勵且動態(tài)元件的初始狀態(tài)為0的時候,動態(tài)元件依靠輸入激勵完成的輸出響應(yīng),對應(yīng)到一階微分方程上,就是求一階微分方程的通解,對于一階RC電路,零狀態(tài)響應(yīng)為
對于一階RL電路,零狀態(tài)響應(yīng)為
其中無窮代表的是穩(wěn)態(tài)時候的值。
(4)一階系統(tǒng)的 全響應(yīng) :當(dāng)一個電路的激勵和初始狀態(tài)均不為0的時候產(chǎn)生的響應(yīng)稱為一階電路的全響應(yīng),全響應(yīng)一般可以拆分為零輸入響應(yīng)和零輸出響應(yīng)的疊加,或者是穩(wěn)態(tài)分量與暫態(tài)分量的疊加,所謂暫態(tài)分量就是指其幅值隨著時間趨向無窮大而趨向于0的部分。所以一階電路的全響應(yīng)的求解可以采用三要素法,其中的三要素就是穩(wěn)態(tài)值,初始值和時間常數(shù),即全響應(yīng)
其中對于一階RC電路來說時間常數(shù)等于RC;對于一階RL電路來說時間常數(shù)等于L除以R。
3、二階電路時域分析
(1)微分方程的建立:二階系統(tǒng)即電路中同時存在兩個動態(tài)元件,一般是電容和電感同時存在,此時建立的方程是一個二階常系數(shù)非齊次線性微分方程,這種方程的求解通常比較復(fù)雜,因此不要求掌握,理解即可。方程的建立方式與一階系統(tǒng)一樣。
(2)零輸入響應(yīng)
(3)零狀態(tài)響應(yīng)與全響應(yīng):二階系統(tǒng)的零狀態(tài)響應(yīng)與全響應(yīng)只需要求解對應(yīng)的微分方程通解即可,本部分不再贅述。
3、階躍響應(yīng)與沖激響應(yīng):當(dāng)輸入為階躍信號與沖激信號時系統(tǒng)產(chǎn)生的響應(yīng)稱為階躍響應(yīng)與沖激響應(yīng)。由于一階系統(tǒng)和二階系統(tǒng)一般為LTI系統(tǒng)(線性時不變連續(xù)系統(tǒng)),所以滿足線性性質(zhì),微分性質(zhì)和積分性質(zhì)。
5、例題分析
例題1:已知圖中開關(guān)在位置1處很久,當(dāng)t=0時刻轉(zhuǎn)換到位置2,求換路后的電感的電流和電感兩端的電壓。
例題2:已知圖中開關(guān)在位置1處很久,當(dāng)t=0時刻轉(zhuǎn)換到位置2,求換路后的100K電阻上的電流和電容兩端電壓。
例題3:已知微分方程為
求解系統(tǒng)的零輸入響應(yīng)。
例題4:計算
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