零输入响应与零状态响应
我们已经知道,动态电路中的响应不仅与外加激励有关,还与电路的初始储能情况即电路的状态有关。在无外加激励时,仅由电路的非零初始状态也能引起响应。因此,电路的响应可以分解为零输入和零状态成分。
零输入响应(zir):yx电路的输入为零,仅由初始状态引起的响应。
零状态响应(zsr):yf电路的初始状态为零,仅由外加输入引起的响应。
由电路的状态和输入同时引起的响应称为完全响应。
(1)状态量uc和il的零输入和零状态响应对于电容电压和电感电流变量来说,因为它们的初始值y(0)就代表电路的初始状态,因此,由动态方程解的第一种形式,可知它们零输入响应为
零状态响应为
因此,uc和il的零输入响应由它们的初始值确定,与输入无关;其零状态响应与其初始值无关,仅由外加输入确定。
(2)一般变量的零输入和零状态响应
非状态变量的初始值y(0)并不代表电路的初始状态,它不仅与电路的初始状态有关,还与电路的输入在t=0+时刻的取值有关。一般变量的零输入和零状态分量的求法是:
零状态:令il(0+)=0,uc(0+)=0,保留输入,确定yf(0+);
零输入:令输入为零,保留il(0+)和uc(0+),确定yx(0+)。
暂态响应与稳态响应
由一阶动态方程解的第二种形式
当常数a>0时,响应的第一项随着时间延长衰减而趋于零,称为电路的暂态响应 yt(t)。响应的第二项yp(t)取决于电路外加输入,若输入不随时间衰减(如直流,正弦信号,一般周期信号等),则yp(t)也是同样形式的稳定信号,此时称ys(t)=yp(t)为稳态响应。因此,电路的完全响应由可以分解为
y(t) = yt(t) + ys(t)
实例
图示电路中,已知uc(0-)=uo,且us=us>uo, 在t=0时接入,
求uc(t)及其各个响应分量。
解由前面讨论,uc的方程为
设完全响应分解为
其中零输入响应为
我们知道电容电压在换路时不会突变
由动态响应的第一种解法,可计算出零状态响应
完全响应
将完全响应重新写成
可以看出,暂态响应为
稳态响应为