零状态响应

更新时间:2024-05-07 18:36

零状态响应就是电路在零初始状态下(动态元件初始储能为零)由外施激励引起的响应。

简介

对于图1 所示的电路,当开关S1合到3端时,电容通过R1放电,电容放电结束后,将开关S1合到1端时,电容开始充电,在电路中产生响应,即零状态响应,仿真波形如图2 所示。

图1 电容放电测试电路

图2 电容零状态响应波形

全响应

当一个非零初始状态的一阶电路受到激励时,电路的响应称为一阶电路的全响应。对于线性电路全响应零输入响应和零状态响应之和。

求解方法

连续线性时不变系统零状态响应的分析方法:

时域分析

1. 时域经典分析法:指利用数学经典理沦,来求解系统微分方程的过程

步骤:(1)构建系统的时域微分方程;(2)列写特征多项式,求出特征根;(3)求解出方程的齐次解、特解的一般形式;(4)将全解表达式带回原方程,得出待定系数 ,求出 表达式

说明:微分方程的全解由齐次解和特解两部分组成,其中齐次解的形式由微分方程对应的齐次方程的特征根确定,特解由输入激励的形式决定。

时域经典解析法具有下面特点:

(1)优点:思路清晰,便于理解

(2)缺点:用到数学知识,运算量较大,对于复杂输入信号,不易求得特解。

2. 时域卷积法

步骤:(1)构建系统的时域微分方程;(2)求出冲激响应 ;(3)计算零状态响应

时域卷积法具有下面特点:

(1)优点:适用于复杂输入信号时的零状态响应的分析。

(2)缺点:要计算系统的冲激响应及卷积积分,过程繁琐。

频域(复频域)分析

1. 频域分析法

步骤:(1)构建系统的频域电路代数方程;(2)解代数方程,求取系统的频率响应;(3)根据傅里叶变换公式,计算输入信号 的傅里叶变换式 ;(4)根据傅里叶变换的时域卷积性质有:

综上分析过程,频域分析法特点:

(1)优点:将时域卷积积分转换到频域乘积,或将时域微分方程转换为频域代数方程,简化计算。并引入了频谱函数的概念,对求解冲激响应很有帮助。

(2)缺点:不满足绝对可积条件的信号,其傅里叶变换无意义或不存在。

2. 复频域分析法

为了解决频域分析中的局限性这一问题,将任意连续信号乘上一个衰减因子使得两者的乘积绝对可积,然后再对进行傅里叶变换。这样傅里叶变换就转换为拉普拉斯变换

步骤:

方法1:(1)构建系统的复频域代数方程,令输出量及其各阶导数在时的值为零。(2)对输出量的复频域函数取逆变换,既得系统的零状态响应。

方法2:(1)构建系统的复频域代数方程,并令输出量及其各阶导数在时的值为零。(2)求出系统函数

,输入信号的拉氏变换。(3)利用拉氏变换卷积性质,求的积的拉氏逆变换,既得零状态响应。

复频域分析法的特点:

将时域卷积积分转换到复频域乘积,或将时域微分方程计算转换到复频域代数方程,简化计算,而且也解决了频域分析的局限性问题。

免责声明
隐私政策
用户协议
目录 22
0{{catalogNumber[index]}}. {{item.title}}
{{item.title}}