阶电路在正弦电源作用下的零状态响应

  为正弦电压源:
  开关接通后电路的微分方程和初始值分别为

  非齐次微分方程的通解由两个分量组成——此方程的任一特解和与此方程对应的齐次方程的通解,即

  (1) 求特解
  凡是满足微分方程的解均可作为特解。显然,在作用下的正弦稳态解也满足方程,可作为特解。求正弦稳态解宜用相量分析法,微分方程对应的相量方程

  故电流的振幅相量为

  式中,是图示RL串联电路的阻抗。特解时域表达式为

  (2) 求对应的齐次微分方程的通解
  齐次微分方程为

  其通解为        
  (3) 非齐次微分方程的通解

  将和代入,得
  (4) 确定积分常数
  根据初始条件,时

  得            

  时的电流波形
  将代入,得到非齐次微分方程的通解

  

  右图中画出了时、和的波形。时的电流波形

  例2.图(a)所示电路,开关原是接通的,时断开,已知。求电压。

(a)            (b)

   解:时电路为零状态,由换路定律得:
  时为简化计算,先将ab左边电路化为戴维南电路形式。
  当ab端开路时,由 ,得 
  所以开路电压
  当ab端短路时,,
  故等效电阻  ,
  时等效电路如图(b)所示。电路时间常数为。
  用相量法计算强制分量

   因此
  代入通解公式得:

V

  例3.图示电路原处于稳态,时开关打开。要求在时满足,求电路参数应满足的关系。

  解:,
  分析得知:一阶电路属于零状态响应;
  电感一阶电路属于零输入响应;
  根据KVL,列写方程如下:

  (1)
  (2)

  由式(1)解得        (3)

  (4)

  由式(2)又解得          (5)

              由式(4)和式(5)相等解得  

阶电路在正弦电源作用下的零状态响应

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