一個(gè)動(dòng)態(tài)電路的響應(yīng)是各種能量來(lái)源共同作用的結(jié)果。作用于電路的能量來(lái)源于兩個(gè)方面:
一是由外施激勵(lì)(即獨(dú)立電源)輸入的;二是由電路中儲(chǔ)能元件(l、c)儲(chǔ)存的。
把某時(shí)刻t0的電容電壓值和電感電流值稱為電路在t0時(shí)刻的“狀態(tài)”,則電路在某時(shí)刻t0之后的響應(yīng)就是由外施激勵(lì)“輸入”和電容、電感在t0時(shí)刻的“狀態(tài)”共同決定的。
零輸入響應(yīng)(zero-input response):動(dòng)態(tài)電路沒(méi)有外施電源激勵(lì),僅由動(dòng)態(tài)元件的初始儲(chǔ)能引起的電路響應(yīng)。此時(shí) uc ( 0+ )或il( 0+ ) 被視為一種輸入信號(hào)。
1.rc電路零輸入響應(yīng)
圖示電路,求 uc(t)和 i(t)。
解:由圖可知,uc (0-) = u0
由uc求得i為:
討論:
(1)時(shí)間常數(shù)τ——反映了電路過(guò)渡過(guò)程時(shí)間的長(zhǎng)短。
物理意義:uc衰減到0.368uc(0+) 所需的時(shí)間。
從理論上講 t →∞時(shí),電路才能達(dá)到穩(wěn)態(tài)。但實(shí)際上一般認(rèn)為經(jīng)過(guò)3τ-5τ 的時(shí)間, 過(guò)渡過(guò)程結(jié)束,電路已達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)。
τ大:過(guò)渡過(guò)程時(shí)間長(zhǎng);τ?。哼^(guò)渡過(guò)程時(shí)間短。
(2)能量關(guān)系
電容儲(chǔ)存的能量:
電阻吸收(消耗)能量:
c的能量不斷釋放,被r吸收, 直到全部?jī)?chǔ)能消耗完畢。
2.rl電路的零輸入響應(yīng)
求電感電壓ul(t)和電流i(t)。
解:
3.一階電路零輸入響應(yīng)解的一般公式
一階電路的零輸入響應(yīng)是由儲(chǔ)能元件的初始值引起的響應(yīng),它們都是由初始值衰減為零的指數(shù)衰減函數(shù)。
一階電路的零輸入響應(yīng)和初始值成正比,稱為零輸入線性。
(1)τ體現(xiàn)了一階電路的固有特性,衰減快慢取決于時(shí)間常數(shù)τ。rc電路τ = rc,rl電路τ = l/r。
(2) 同一電路中所有響應(yīng)具有相同的時(shí)間常數(shù)。
例5. 圖示電路為一臺(tái)300kw汽輪發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁回路。已知電壓表量程為50v。開(kāi)關(guān)未斷開(kāi)時(shí),電路中電流已經(jīng)恒定不變。
在t = 0時(shí)s打開(kāi),現(xiàn)象:電壓表壞了。試分析。
分析:
il (0+)=il(0-)=35/0.2=175 a= i0
uv (0+)= -875 kv !
猛的切斷電感電流時(shí),必須考慮磁場(chǎng)能量的釋放。若能量較大,而又必須在短時(shí)間內(nèi)完成電流的切斷,則必須考慮如何熄滅因此而出現(xiàn)的電弧(一般出現(xiàn)在開(kāi)關(guān)處)的問(wèn)題。所以在斷開(kāi)前,應(yīng)在它的兩端并聯(lián)上滅磁電阻。