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模拟电路设计系列讲座:一阶系统响应(二)

2020.10.05
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王辉

致力于为分析测试行业奉献终身

三:一阶系统阶跃短时输出响应

接下来,我们研究一下当一阶系统发生阶跃响应后,在起始很短一段时间内(远小于一阶系统时间常数τ)的输出是什么样子的。因为这一结论在实际工程应用中更为常见。

wx_article_20190106115845_Yj07em.jpg

wx_article_20190106115845_2wBaxF.jpg

我们可以借用指数函数的展开式进行近似计算,由

wx_article_20190106115845_sQLSlb.jpg

我们可以得到:

wx_article_20190106115845_s5FzQy.jpg

因此,在阶跃响应发生后很短一段时间内,电压看上去随时间是线性变化的。由此可以推出流过电容的电流近似是恒定的:

wx_article_20190106115845_dLiwTC.jpg

下面我们就用以上结论分析全桥整流系统的纹波电压。一全桥整流系统如下:

wx_article_20190106115845_SDfKRg.jpg

此系统输入为120VRMS/60Hz的正弦波,RC时间常数为(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)。因此我们利用上述结论可以比较容易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的时间常数进行放电来维持电阻上的电流(此时整流桥四个二极管全部关闭)

由I=Cdv/dt,我们就可以得到电容上的纹波电压为:

wx_article_20190106115845_8U9kpf.jpg

利用LTspice或者Pspice仿真软件,我们可以得到这一结果:

wx_article_20190106115845_ruMGC0.jpg

接下来会简单介绍二阶系统。


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