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一文讲透一阶体系的体系呼应、传递函数和输出呼应

一:一阶系统响应定义通常来讲,一阶系统分为电压驱动一阶系统(a)以及电流驱动一阶系统(b),如下图所示:这两个一阶系统在线路上是完全等效的。它们的阶跃响应如下:电压或者电流的上

  一:一阶体系响应界说

  一般来讲,一阶体系分为电压驱动一阶体系(a)以及电流驱动一阶体系(b),如下图所示:

  

  这两个一阶体系在线路上是彻底等效的。它们的阶跃呼应如下:

  

  电压或许电流的上升时刻在这里界说为从10%开端,上升到90%完毕所需求的时刻。关于一阶体系,能够推导出上升时刻为:

  

  

  带宽界说为AC输入信号鼓励下输出呼应幅值降到直流信号幅值的70.7%(或-3dB)所对应的频率。

  一阶体系的传递函数表达式如下:

  

  由此能够推导出一阶体系的带宽为:

  

  由以上数学表达式,咱们很简略得出一阶体系的上升时刻与带宽的关系为:

  

  由此可知,一阶体系的上升时刻与带宽成反比,这也便是为什么咱们经常说带宽变宽,体系响应速度会变快的理论解说。

  二:一阶体系在低频和高频下的近似呼应

  从一阶体系的传递函数,咱们知道一阶体系的幅值,相角以及群延时的表达式如下:

  

  其间群延时是表征体系中频率信号所阅历的延时时刻。

  一阶体系只要一个极点,接下来咱们看看此一阶体系在低频和高频下的行为是怎么样的,低频或许高频都是相对极点频率所言。关于高频,咱们假定wτ?1,此刻一阶体系的幅值、相角以及群延时近似为:

  

  因而,关于高频一阶体系,传递函数的幅值近似以20dB/十倍频的速度衰减,相移近似为-90度,群延时跟着频率的平方削减,频率高的信号比频率低的信号群延时要少。

  关于低频信号,即wτ?1,咱们能够近似得到如下传函:

  

  因而,关于低频一阶体系,传递函数的幅值近似为单位1,负的相移与频率近似成线性关系。群延时只与时刻常数有关,也便是说,极点会奉献有限的相移。比方频率比极点频率低10倍频的频率点,极点会奉献约-5.7度的相移。假如负的相移过大,就会引起体系振动。

  三:一阶体系阶跃短时输出呼应

  接下来,咱们研究一下当一阶体系产生阶跃呼应后,在开始很短一段时刻内(远小于一阶体系时刻常数τ)的输出是什么姿态的。由于这一定论在实践工程使用中更为常见。

  

  

  咱们能够借用指数函数的展开式进行近似计算,由

  

  咱们能够得到:

  

  因而,在阶跃呼应产生后很短一段时刻内,电压看上去随时刻是线性改变的。由此能够推出流过电容的电流近似是稳定的:

  

  下面咱们就用以上定论剖析全桥整流体系的纹波电压。一全桥整流体系如下:

  

  此体系输入为120VRMS/60Hz的正弦波,RC时刻常数为(100ohm)(1000uF)=100ms,远远大于输入正弦波整流后馒头波的周期8.3ms(1/120Hz)。因而咱们使用上述定论能够比较简略算出电容上的纹波电压:

  输出电压最大值近似为170V;

  流过100ohm电阻的电流近似为常数170V/100ohm=1.7A

  电容会以8.3ms的时刻常数进行放电来保持电阻上的电流(此刻整流桥四个二极管悉数封闭)

  由I=Cdv/dt,咱们就能够得到电容上的纹波电压为:

  

  使用LTspice或许Pspice仿真软件,咱们能够得到这一成果:

  

  接下来会简略介绍二阶体系。

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