1.RC电路的零输入响应
所谓RC电路的零输入,是指无电源激励,输入信号为零。在此条件下,由电容元件的初始状态uC(0+)所产生的电路的响应,称为零输入响应。
(1)电压、电流的变化规律
分析RC电路的零输入响应,实际上就是分析它的放电过程。图7.4是一RC串联电路。在换路前,开关S是合在位置2上的,电源对电容元件充电。在t=0时将开关从位置2合到位置1,使电路脱离电源,输入信号为零。此时,电容元件已储有能量,其上电压的初始值uC(0+)=U0;于是电容元件经过电阻R开始放电。
由上面的讨论可知,RC电路的零输入响应都是随时间按指数规律衰减的变化曲线,其衰减速率取决于RC的值。
(2)时间常数
线性电路确定后,电阻R和电容C是确定值,二者的乘积也是一个确定的常数,用τ来表示,即
τ=RC (7.4)
式中,τ是表示时间的物理量,其量纲为时间秒(s),故称为电路的时间常数。因此式(7.2)和式(7.3)可表示为
表7.1
由表7.1可以看出,τ是电容电压(或电路电流)衰减到原来的36.8%所需要的时间。当t=5τ时,电容电压只有初始值的0.7%,一般认为到此过渡过程基本结束,电路已进入新的稳定状态。所以5τ是衡量过渡过程时间的标志。
时间常数τ仅由电路参数R和C决定。R越大,电路中放电电流越小,放电时间越长;C越大,电容所储存的电荷量越多,放电时间越长。所以τ只与R和C的乘积有关,与电路的初始状态和外加激励无关。
时间常数可用三种方法求取:
方法一:直接按时间常数的定义计算。电阻R是从电容连接端口看进去的等效电阻。
方法二:根据电容电压充电曲线,找出电容电压由初始值变化到总变化量的63.2%或36.8%时所对应的时间,如图7.6(a)所示。
方法三:如图7.6(b)所示,根据电容电压放电曲线,如果电容电压保持初始速度不变,达到终止时对应的时间。
2.RC电路的零状态响应
所谓零状态响应,是指电路在零初始条件下,即电路中的储能元件L、C未储能,仅由外施激励产生的电路响应。
图7.7是RC串联电路,S断开时,电容C上没有储能。t=0时刻将开关S闭合,RC串联电路与外激励US接通,电容C充电。RC串联电路的零状态响应实质上就是电容C的充电过程。
图7.7 RC电路的零状态响应
下面讨论电压、电流的变化规律。
按图示电路中电压、电流的正方向S接通后,由KVL及各元件的伏安关系,得