理论教育 一阶电路冲激响应分析

一阶电路冲激响应分析

时间:2023-06-27 理论教育 版权反馈
【摘要】:动态电路在单位冲激函数的激励下所产生的零状态响应,称为冲激响应。因此,一阶电路冲激响应的求解关键在于冲激函数作用下的uC(0+)或iL(0+)的值。RC 电路的冲激响应电路如图8-37所示,RC 电路的激励是单位冲激电流源δi,求电容电压uC和电容电流iC零状态响应的过程如下。图8-37RC 电路的冲激响应及其等效电路RC 电路的冲激响应;等效电路根据KCL 有而uC(0-)=0 。

一阶电路冲激响应分析

动态电路在单位冲激函数的激励下所产生的零状态响应,称为冲激响应

根据前面讨论的冲激函数δ(t)的定义和特性,当冲激函数作用于零状态的一阶RC 或RL 电路时,在[0,0]的区间内,它使电容电压或电感电流发生跃变。当t ≥0时,冲激函数为零,但uC(0)或iL(0)不为零,电路中将产生相当于初始状态引起的零输入响应。因此,一阶电路冲激响应的求解关键在于冲激函数作用下的uC(0)或iL(0)的值。

RC 电路的冲激响应电路如图8-37(a)所示,RC 电路的激励是单位冲激电流源δi(t),求电容电压uC和电容电流iC零状态响应的过程如下。

图8-37 RC 电路的冲激响应及其等效电路

(a)RC 电路的冲激响应;(b)等效电路

根据KCL 有

而uC(0)=0 。将式(8-36)在0至0的时间段内积分,得

由式(8-36)可知,uC发生跃变但为有限值。若uC为冲激函数,则就为冲激函数的一阶导数,这样就不能满足KCL,即式(8-36)将不能成立,因此,uC不可能是冲激函数,即式(8-37)左边第二个积分项为零。从而可推出

将uC(0)=0 代入可得到

电路时间常数τ=RC,当t ≥0时,冲激电流源相当于开路,等效电路如图8-37(b)所示,电路中产生的是零输入响应,这时的电容电压为

RL 电路的冲激响应如图8-38(a)所示。

图8-38 RL 电路的冲激响应及其等效电路

(a)RL 电路冲激响应;(b)等效电路

RL 电路在t ≥0时的单位冲激电压δu(t)激励下的零状态响应为

而在t ≥0时表达式为

由于电感电流在t=0 时发生跃变,所以电感电压为(www.daowen.com)

iL、uL的波形如图8-39 所示,t=0到0电感电流iL发生跃变,电感电压uL发生冲激。

图8-39 RL 电路冲激响应下的波形图

(a)iL的波形图;(b)uL的波形图

因为单位冲激函数δ(t)和单位阶跃函数ε(t)具有微分关系,即

故根据线性关系,单位冲激响应h(t)和单位阶跃响应s(t)也具有微分关系,即

【例8-13】 电路如图8-40 所示,已知uC(0)=0 ,求当iS(t)为单位冲激函数时的冲激响应uC(t)和iC(t)。

解:先求出当iS(t)=ε(t)时的单位阶跃响应

时间常数为

所以电容电压的单位阶跃响应为零状态响应,即

再求当iS=δ(t)时的单位冲激响应,通过对电容电压单位阶跃响应函数求微分得到,即

上式中第二项δ(t)只有在t=0 时不为零,即

而当t=0 时,,所以此项为零,因此有电容电压的单位冲激响应为

电容电流的单位冲激响应可以通过对电容电压微分求得,即

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