两个极点一个零点
零点与极点的关系PPT课件
零点与极点的相互影响
零点对极点的影响
在函数图像上,零点是函数值为0的 点,而极点是函数值无穷大的点,因 此零点的位置会影响极点的位置。
极点对零点的影响
极点的位置也会影响零点的位置,因 为函数值在极点附近会变得非常大或 非常小,从而影响函数的零点。
零点与极点的性质比较
01
零点的性质
零点是函数值为0的点,是函数图像与x轴的交点。
2023
PART 05
总结与展望
REPORTING
零点与极点的重要性和意义
零点与极点在数学、物理和工程领域中具有广泛的应用,是解决复杂问题的关键。 零点与极点的概念和性质在数学分析、复变函数、信号处理等领域中占有重要地位。
零点和极点的分析有助于深入理解函数的性质、系统的稳定性和信号的传播等。
未来研究方向和展望
02
极点的性质
极点是函数值无穷大的点,是函数图像上凹凸性改变的点。
03
零点和极点的关系
在函数图像上,零点和极点可以重合,也可以不重合。如果重合,则该
点既是函数的零点也是函数的极点;如果不重合,则该点只可能是零点
或只可能是极点。
2023
PART 03
零点与极点的应用
REPORTING
在信号处理中的应用
2023
PART 04
零点与极点的实际案例
REPORTING
信号处理中的零点与极点案例
总结词
信号处理中的零点与极点案例展示了零点与极点在信号处理中的实际应用和影响。
详细描述
在信号处理中,零点和极点是影响信号频域特性的重要因素。零点可以改变信号的相位,而极点则影响信号的幅 度。通过在信号处理过程中合理地设计零点和极点,可以实现信号的滤波、均衡、调制和解调等操作,从而提高 信号的质量和性能。
滤波器设计中的零点和极点的选择和分布
滤波器设计中的零点和极点的选择和分布在滤波器设计中,零点和极点是重要的概念。
它们决定了滤波器的频率响应和特性。
选择合适的零点和极点,并合理地分布它们,对于实现所需的滤波效果至关重要。
一、零点和极点的概念和作用零点和极点是滤波器传递函数的根。
在设计滤波器时,我们通常使用有理函数来表示传递函数,其中的零点和极点是函数的根。
零点相当于系统的输入抑制点,可以在一定的频率上消除或抑制信号。
而极点则可以增益或衰减信号。
选择合适的零点和极点可以实现所需的滤波特性,比如低通、高通、带通或带阻滤波。
通过合理布置零点和极点的数量、位置和分布,我们可以调节滤波器的截止频率、通带范围、阻带范围和陷波深度,从而满足不同的滤波需求。
二、零点和极点的选择原则1. 频率响应要求:根据滤波器的频率响应要求,选择合适的零点和极点。
比如,若需要实现低通滤波器,则应选择极点在通带范围内,零点在阻带范围内;若需要实现高通滤波器,则应选择零点在通带范围内,极点在阻带范围内。
2. 系统稳定性:对于连续时间滤波器,系统稳定性要求其极点均在左半平面;而对于离散时间滤波器,则要求其极点在单位圆内。
在选择零点和极点时,需确保系统满足稳定性要求。
3. 设计难度和复杂度:通常情况下,选择较少的极点和零点可以简化滤波器的设计和实现过程。
因此,在设计时要考虑到滤波器的实际应用、硬件资源和算法复杂度等因素。
三、零点和极点的分布合理的零点和极点分布可以控制滤波器的频率响应和滤波特性。
以下是常见的零点和极点分布方式:1. 零点和极点交替分布:即零点和极点交替排列在频率轴上。
这种分布方式常用于全通滤波器,可以实现频率响应的平坦性。
2. 零点和极点聚集分布:将零点和极点集中在某些频率附近,可以实现谐振和共振效应。
这种分布方式常用于带通或带阻滤波器,以加强或抑制特定频率的信号。
3. 零点和极点均匀分布:将零点和极点均匀地分布在频率轴上,可以实现频率响应的平衡性。
这种分布方式常用于对不同频率信号的均衡处理。
1型,2型,3型运放
1.1型运放就是个积分器,用这种运放来补偿环路,动态特性做不到很好,但很容易调稳定~在要求不高的场合,用这种运放可以满足稳压的要求。
由于存在零频极点,静态误差也可以得到改善~2.2型运放,比较类似PID调节,但不是PID。
含有一个零频极点,可以提高低频增益,改善静态误差~含有一个低频零点,可以提高相位余量,增大阻尼,降低超调和调节时间~含有一个高频极点,提高降噪性能~3.这就是I型运放了~穿越频率f=1/2pi*R1*C1,直流增益无穷大,考虑到运放的饱和特性,直流增益应该是运放的直流增益~4.这个就是二型运放,含有两个极点和一个零点。
第一个极点,是零频极点 fp1=1/(2pi*R1*C1)~第二个极点,是R2和(C1、C2串联)形成的极点,一般来说C1要远大于C2,C1和C2串联后可以等效成C2,所以这个极点就是Fp2=1/(2pi*R2*C2)一个零点,由R2和C1组成,也就是F=1/(2pi*R2*C1)~5.三型运放了,具体来说,含有三个极点和二个零点~含有两个零点~第一个零点Fz1由R1、R3串联后和C3组成,也就是Fz1=1/[2pi*(R1+R3)*C3],实际中R1远大于R3,这个零点可以等效成Fz1=1/(2pi*R1*C3),这是第一个零点~第二个零点由R2和C1组成,也就是Fz2=1/(2pi*R2*C1)~这两个零点的作用,不言而喻,用来抵消LC滤波器的双重极点。
常规用法有两种,这两个零点重合,和LC双重极点频率重合,这种计算方法很简单,但也有缺点~另外一种用法,就是这两个零点,在LC滤波器的双重极点左右侧形成双架,一个在前,一个在后,计算会复杂些~在这里提一个问题,这两个零点,哪个在前比较好些呢?6. 常规用法在轻载状态下,突然加电的情况下,容易发生震荡,当然这是理论上的,实际上还没遇到过~7.3型运放,又叫双极点双零点补偿器(不包括零频极点)第一个极点,也就是零频极点:由R1和(C1、C2并联)形成,极点也就是Fp1=1/[2pi*R1*(C1+C2)],C1、C2并联可以等效C1(在C1远大于C2的情况下),所以这个零频极点可以等效成:Fp1=1/(2pi*R1*C1)~这个零频极点非常重要,它可以提高系统的低频增益,从而改善静态误差。
滤波器零点极点和单位圆
滤波器零点极点和单位圆1.引言1.1 概述在滤波器设计和信号处理领域中,零点和极点是非常重要的概念。
它们是描述滤波器频率响应和滤波器性能的关键参数。
零点和极点的分布直接影响着滤波器的幅频特性、相频特性以及相位延迟等方面的表现。
因此,深入理解和掌握零点和极点的定义、特点以及对滤波器性能的影响非常重要。
零点,顾名思义,是指滤波器的频率响应函数在某些频率上为零的点。
也就是说,当信号的频率达到零点时,滤波器不对该频率的信号进行响应,从而实现了信号的抑制或者消除。
零点可以在复平面上表示为一个点,其位置和数量多样化。
不同的零点分布方式将产生不同的滤波器特性。
与零点相对的是极点,极点指的是滤波器的频率响应函数在某些频率上发散的点。
极点是滤波器最重要的特性之一,它们决定了滤波器的幅频特性、相频特性以及相位延迟等。
极点可以分布在复平面的任意位置,并且可以是实数或者复数。
在本文中,我们将重点讨论单位圆在滤波器中的应用。
单位圆是代表单位频率的一个圆,它在复平面上的位置为半径为1的圆周。
单位圆的内部和外部分别代表了滤波器对低频和高频信号的响应。
单位圆上的点将直接决定了滤波器的频率响应,因此对于滤波器的设计和性能评估来说,单位圆是一个关键参考标准。
最后,我们还将探讨零点和极点对于滤波器性能的影响。
零点和极点的位置、数量以及分布方式将直接影响滤波器的频率响应特性。
通过合理的选取和调整零点和极点,可以实现不同的滤波器响应,如低通、高通、带通和带阻等。
因此,深入理解和掌握零点和极点对滤波器性能的影响将对滤波器设计和应用产生重要的指导作用。
在接下来的章节中,我们将详细阐述滤波器概念和作用,零点和极点的定义和特点,以及单位圆在滤波器中的应用。
我们还将通过具体的案例和实例,展示零点和极点对滤波器性能的影响。
这将有助于读者更好地理解和应用滤波器零点极点理论。
1.2文章结构文章结构部分的内容应该包括对整篇文章的组织和结构进行介绍。
以下是一个参考的内容:文章结构:本文主要分为引言、正文和结论三个部分。
电路中的零极点如何能直接看出来呢?
电路中的零极点如何能直接看出来呢?不知不觉,环路内容已经写了7节了,以理论分析为主,下面来说说兄弟们都很关心的内容——零点和极点。
前面几节内容,我们已经将传递函数的来源,推导过程说明白了。
有了传递函数,我们就能够画出波特图,就能够分析系统到底稳不稳定。
但是问题来了,假如我们得到的波特图表明这个系统是不稳定的,那么该如何调整呢?该修改什么器件呢?或者说一个原本稳定的系统,但是我们想修改其中某个元件,会不会造成系统不稳定?总不至于每次修改一个器件,然后画出传递函数看看长什么样子,不行就接着改?这种鸟枪法总归不好。
鸟枪法不行,自然有更好的法子,那就是找到一些特殊点进行分析。
这些特殊点,就是零点和极点,零点和极点可以帮助我们调整电路。
关于零点和极点,结合我自己的经验,我觉得以下几个问题是值得思考一下的。
1、传递函数中,让分母为0的频率点叫极点,既然分母为0,那算出来的值不是无穷大吗?增益无穷大?这也能出现?2、老是看到说增加一个(电容),就增加了一个极点,增加一个电阻,就增加了一个零点,这到底是怎么回事?其中的道理又是为什么?3、拿到具体的电路,那个零极点如何能直接看出来呢?这一节就来看看上面这几个问题吧。
零点和极点的定义先来复习一下概念,什么是零点和极点,一般教材上面给出的定义大致是这样的:极点上面这个很好理解,清晰明了,但是一个大坑也就随之而来了。
如果从数学公式的角度看,这定义没啥好说的,该咋样咋样。
但是一放到电路里面去,就尴尬了,H(s)的物理意义不是输出除以输入吗?那极点的意思不就是使输出为无穷大的点,既然输出无穷大了,那么系统肯定是不稳定的,那么我们常说的极点又到底是什么?比如下面是从网上找的别人写的零点和极点的物理意义,难道自己写的时候不懵吗?那怎么理解我上面这个问题呢?结合实际的情况,系统的传递函数算出来的根多是负数,而现实世界中是没有负频率的,貌似都是直接把负号去掉之后称为极点。
比如下面的低通(滤波器)的传递函数的极点:假如R=1Khz,C=1uF,那么极点是s=-1000,但是我们通常说极点是1000,理由貌似是自然界中没有负频率,所以对s求了个模,频率w=|s|=1000,我们把这个求模后的值也还是叫极点,并没有重新取名字。
滤波器设计中的极点与零点的选择与布局
滤波器设计中的极点与零点的选择与布局在滤波器设计中,极点与零点的选择与布局起着至关重要的作用。
极点和零点是滤波器频率响应的关键元素,它们决定了滤波器的特性和性能。
本文将探讨极点和零点的选择与布局对滤波器设计的影响,以及在不同应用中如何合理选择和布置它们。
一、极点与零点的含义及作用极点和零点都是滤波器系统转移函数的特征根,它们描述了该系统的频率响应。
极点是滤波器传递函数的分母等于零的点,它决定了滤波器的衰减特性和稳定性。
零点是滤波器传递函数的分子等于零的点,它能够提高滤波器的选择性和频率响应。
极点和零点的选择与布局与滤波器的频率响应特性密切相关。
通过合理选择和布置极点和零点,可以实现所需的滤波器特性,如通带和阻带的增益、截止频率等。
二、极点与零点的选择原则1. 极点的选择原则(1)稳定性:极点位置应该在左半平面,这样才能保证滤波器的稳定性。
如果极点位置在右半平面,滤波器会产生震荡或不稳定的响应。
(2)滤波器特性:极点的数量和位置决定了滤波器的特性。
例如,二阶低通滤波器通常具有两个实根或共轭复根,决定了滤波器的截止频率和衰减。
2. 零点的选择原则(1)选择性:零点的位置和数量决定了滤波器的选择性能。
合理选择和布置零点可以提高滤波器对特定频率的抑制能力。
(2)增益:零点对滤波器的增益也有影响。
在某些应用中,零点的位置可以用来提高或降低滤波器的增益。
三、极点与零点的布局方法1. 极点的布局方法(1)Bessel滤波器:Bessel滤波器通过在$s$平面上均匀分布极点来实现平坦的群延迟特性。
这种布局方法适用于需要保持信号波形的应用,例如音频信号处理。
(2)Butterworth滤波器:Butterworth滤波器的极点在单位圆上均匀分布,能够实现最大斜率的通带过渡带抑制特性。
这种布局方法适用于需要在通带和阻带之间平衡性能的应用。
(3)Chebyshev滤波器:Chebyshev滤波器的极点主要分布在椭圆轨迹上,能够实现更陡的过渡带和更高的选择性。
电路中极点与零点的产生与影响
电路中极点与零点的产生与影响请问电路中极点与零点的产生与影响一、电路中经常要对零极点进行补偿,想问,零点是由于前馈产生的吗?它产生后会对电路造成什么样的影响?是说如果在该频率下,信号通过这两条之路后可以互相抵消还是什么??极点又就是怎么产生的呢?就是由于意见反馈吗?那极点对电路的影响又就是什么?产生震荡还是什么??恳请大家指教一下。
1.(不能这么简单的理解其实电路的每个node都存有一个极点只是大部分的极点相对与所关心的频率范围太大而忽略了图夫尔中我们通常关心开环的0db频宽那么>10*频宽频率的极点我们就不管了因为它们对增益裕度贡献太小而被忽略;只要输入和输出之间有两条通路就会产生一个零点:同样的高于所关心频率范围的零点也不用管一个在所关心频率范围内的零点须要看看就是左半平面还是右半平面的左半平面的零点有助于环路平衡右半平面的则有利具体的看拉扎维的书吧写的还是蛮详细的看不懂就多看几遍自己做个电路仿下)2.不好问题,期望全盘介绍的人认真答疑。
我也同样困惑。
但是我总真的极点,零点并无法单单是的说道就是由于线性网络,意见反馈,或者串联并联一个电容产生的。
产生的原因还是和具体内容的电路结构相关联的。
比如一个h(s)的系统和一个电容并联或串联在输入输出之间,谁能说他一定产生一个极点或零点呢?这因该和h(s)的具体形式有关。
大多书上说道的必须大多针对的就是图夫尔结构,它的结构具备特殊性。
具备以点砌全系列的前科。
还恳请超过人细说。
3.一般的说,零点用于增强增益(幅度及相位),极点用于减少增益(幅度及相位),电路中一般零点极点是电容倒数的函数(如1/c)。
当c变小小时,比如说对极点来说,可以向原点方向变化,导致增益增加大力推进(幅度及增益)~通常运振动路的米勒效应电容就是这个原理,当增益快速上升好像-3db时,其他的零点极点都还没对系统增益起著啥促进作用(或促进作用不大,忽略了),电路即使七窍通了六窍半了~你就可以根据自己的须要迁调上频宽,多少多小的裕度就ko 了极点是由于结点和地之间有寄生电容造成的,零点是由于输入和输出之间有寄生电容造成的,一般输入和输出之间的零极点考虑多一点,主要是因为输入输出有较大的电阻,造成了极点偏向原点.4.个人的一点认知极点决定的是系统的自然响应频率,通常在电路中就是对地电容所看进去的r和对地电容c共同决定的。
滤波器设计中的滤波器阻带和通带的零点和极点位置分析
滤波器设计中的滤波器阻带和通带的零点和极点位置分析在滤波器设计中,滤波器的阻带和通带是两个重要的概念。
阻带是指滤波器在频率范围内对信号进行衰减的区域,而通带则是指滤波器在频率范围内对信号进行通过的区域。
为了理解滤波器的性能和工作原理,了解阻带和通带中的零点和极点位置是至关重要的。
一、零点和极点的概念在滤波器设计中,零点和极点是描述滤波器特性的重要参数。
零点(Zero)是指滤波器频率响应函数中使得函数值为零的点,极点(Pole)则是指滤波器频率响应函数中使得函数值趋于无穷大的点。
零点和极点位置的分布直接决定了滤波器的特性。
二、阻带和通带的零点和极点位置分析1. 零点和极点位置对通带的影响通带的设计是为了使得滤波器在该频率范围内对信号进行传输而非衰减。
对于理想的滤波器而言,通带内的频率响应函数值始终为1,因此在通带内不存在零点和极点。
2. 零点和极点位置对阻带的影响阻带的设计是为了使滤波器在该频率范围内对信号进行衰减。
在阻带内,滤波器的频率响应函数逐渐趋近于零。
a. 零点位置对阻带的影响在阻带中,零点的位置对滤波器的衰减特性有着直接的影响。
当零点位置位于阻带范围内时,可以有效地抵消频率响应函数的分母项,使得滤波器的衰减更加明显。
因此,合理选择零点位置可以改善滤波器的衰减性能。
b. 极点位置对阻带的影响极点位置也对滤波器的衰减特性有一定的影响。
当极点位置位于阻带范围内时,会导致频率响应函数的分母项出现零点,从而使得滤波器的衰减性能减弱。
因此,在设计阻带时应尽量避免极点位置位于阻带范围内。
三、总结滤波器的阻带和通带零点和极点位置的分析对于滤波器设计具有重要的指导意义。
合理选择零点和极点的位置可以改善滤波器的性能,使其更好地满足实际需求。
因此,在滤波器设计过程中,需要仔细分析滤波器的阻带和通带,以确定零点和极点的位置,并据此进行优化设计。
通过对滤波器的阻带和通带的零点和极点位置的分析,可以更好地理解滤波器的工作原理,为滤波器设计提供有效的参考依据。
传递函数零点极点
传递函数零点极点传递函数是控制工程中的重要概念,它描述了输入到输出之间的关系。
其中,零点和极点是传递函数的关键特性。
本文将介绍传递函数的零点和极点的定义、作用和应用。
一、零点的定义在控制工程中,零点是传递函数中导致输出为零的输入值。
它是传递函数的特殊点,输出和输入之间出现了一个“断点”。
具体来说,在传递函数中,如果有一个频率使得传递函数为零,那么在该频率下输入的信号将不会产生输出信号。
通常情况下,零点是用单位圆上的点表示的。
二、极点的定义极点是传递函数中导致输出数值变得极大或极小的输入值。
具体来说,极点是传递函数中使得传递函数为无穷大或无穷小的频率点。
同样的,极点也是用单位圆上的点表示的。
三、零点和极点的作用零点和极点是传递函数的重要属性,它们对信号分析和控制系统设计都有重要的作用。
首先,零点和极点可以用来确定传递函数的稳定性和带宽。
在控制工程中,只有在传递函数具有无穷远趋于零或极点的情况下,系统才是稳定的。
此外,极点还可以用来判断系统的阻尼比。
其次,零点和极点还可以用来控制系统的响应特性。
例如,如果需要提高系统的阶数,可以增加极点的数量;如果需要增加系统的响应速度,可以减少极点的数量。
四、零点和极点的应用零点和极点在控制工程中有着广泛的应用。
例如,在滤波器设计中,可以利用零点和极点分析和设计滤波器的响应特性。
在控制系统设计中,可以通过调整零点和极点的位置来设计系统的性能。
此外,零点和极点还可以用来分析和优化PID控制器。
其中,零点用来表示控制器的积分时间和微分时间,而极点用来表示控制器的比例增益和积分时间。
这些参数的优化将有助于提高系统的稳定性和性能。
总之,传递函数的零点和极点是控制工程中的重要概念,具有重要的理论和实际应用价值。
掌握这些概念将有助于优化系统的性能和稳定性。
电路波特图怎么看?极点、零点是什么
电路波特图怎么看?极点、零点是什么从放大器失调电压、偏置电流、共模抑制比,电源抑制比到开环增益,在直流或者低频率范围内,影响放大器信号调理的参数已经介绍完成。
期间没有单独介绍基础理论,默认诸位工程师已经掌握同相、反相等基础放大电路,“虚短、虚断”等放大器基础特性,以及基尔霍夫、诺顿等电路分析基础。
但是在介绍增益带宽积、相位裕度与增益裕度,输入阻抗特性、输出阻抗特性、容性负载驱动能力等参数之前,笔者考虑再三决定增加本篇内容,回顾分析这些参数的方式——波特图。
以及极点与零点在波特图中的性质。
后续相关参数的解析中将直接使用本篇内容的零点、极点的特性。
交流信号处理电路中,信号的频率范围较宽,从赫兹级到千赫兹,甚至兆赫兹级,信号增益涵盖几十倍到千、万倍。
此时常常使用波特图缩短坐标扩大视野,方便数据分析。
波特图由幅频波特图、相频波特图两部分组成。
幅频波特图表示电压增益随频率的变化情况,其中Y轴为电压增益的对数形式(20lgG),X轴为频率或者频率的对数形式lgf。
相频波特图是相位(θ)随频率的变化情况。
Y轴是相位,X 轴为频率。
以直流增益为100dB的单极点系统为例,幅频波特图如图2.89(a),X轴是Hz为单位的频率,Y轴是以dB为单位的增益。
信号频率小于100Hz时,电路增益为常数100dB,信号频率高于100Hz时,电路增益随信号频率增加而下降,速度为-20dB/十倍频,或者-6dB/倍频。
在100Hz处电压增益出现转折该处称为极点。
极点处的增益下降3dB。
图2.89 100dB增益单极点系统波特图示例如图2.89(b),相频波特图:X轴是以Hz为单位的频率,Y轴是以度为单位的相位。
初始相位是0°,极点fp处的相位是-45°。
在0.1倍fp至10倍fp范围内,相位从-5.7°变为-84.3°,变化速度为-45°/十倍频。
频率高于10KHz的相位是-90°。
极值和零点的关系
极值和零点的关系
极点与零点深刻反映了复变函数的部分重要的性质,因此,快速判断函数的零点和极点,对于研究复变函数的性质是非常重要的。
在定义上,零点和极点有相似之处,这使得极点与零点的判别紧密相关
先来看定义
可以看到,m级极点与m级零点的区别就在于(z-z0)的幂数的正负性,而一旦判别了零点或极点,就可以推知另一者,所以可以得到z0为复变函数f(z)的m级零点是z0为复变函数
1/f(z)的m级极点的充要条件
而对于零点,则有如下判定定理
有了零点和极点的关系,我们就可以简化极点级数的求解方法
p>=q时,h(z)可以写成(z-z0)^(p-q)φ(z),于是z0为可去奇点
p<q时,z0自然为h(z)的q-p级极点
下面来看一道例题
z的孤立奇点为2kπi(k=0,±1,±2…)
k=0时,把sinz/(e^z-1)展开
h(0)=1,于是0为f(z)的一级极点
k=±1,±2…时
sinz/z≠0,e^z-1=0,(e^z-1)'=1
于是为f(z)的一级零点,也为一级极点
直接把函数展开为洛朗级数来判断极点级数是非常难的,但是如果利用函数零点来判断极点则能大大简化计算难度。
上面介绍的方法,适用于任何函数形式的极点阶数的判定
参考资料
[1]快速判断复变函数零点和极点的几种方法.张晓斌.科学咨询.2020.7
[2]关于复变函数极点的讨论.郑富年桑明煌罗开基.九江师专学报.1997.11。
两个极点一个零点
RB 1 RS RB 1 s( RS // RB )Cb ' c
1 sCb ' e rb ' e 1 1 gm sCb ' e RL ' rb ' e gm
(5.42)
Hale Waihona Puke 两个极点:p1 1 ( RS // RB )Cb ' c
(5.43) (5.44) (5.45)
1 gm ( RC // RL ) A( s) 1 s( RC // RL )Cb ' c RS
1 1 1 1 g m sCb ' e RS RE rb ' e
[例5.9]目的:求共基极放大器的上转折频率。 电路如图 5.20所示,电路参数为 V+=5V, V- = -5V , Rs = 0.1k , R1 = 40k,R2=5.72k,RE=0.5k,Rc=5k,RL=10k,CL=15pF。晶体管 参数为 =150,VBE(on)=0.7V,VA= ,Cb’e=35pF,Cb’c=4pF。 求该放大器的上转折频率 f H 。
5、多级放大电路的带宽计算
图5.24 共射—共基电路
5.5.2 射极跟随器的高频响应
图5.25是一个带负载的射极跟随器。其高频小信号等效电路如 图5.26所示(忽略Rbb’)。图5.26中,RB=R1//R2,RL’=RE//RL。
图5.25 射极跟随器
图5.26 高频小信号等效电路
用网孔分析法或节点分析法可求得(忽略CL):
由式(5.43)可得
由式(5.44)可得 由式(5.45)可得
fH1
fH 2
1 1 398MHz 2 ( Rs // RB )Cb 'c 2 RsCb 'c
零点与极点计算和分析
关于放大器极、零点与频率响应的初步实验1.极零点的复杂性与必要性一个简单单级共源差分对就包含四个极点和四个零点,如下图所示:图1 简单单级共源全差分运放极零点及频率、相位响应示意图上图为简单共源全差分运放的极零点以及频率响应的示意图,可以看到,运放共有四个极点,均为负实极点,共有四个零点,其中三个为负实零点,一个为正实零点。
后面将要详细讨论各个极零点对运放的频率响应的影响。
正在设计中的折叠共源共栅运算放大器的整体极零点方针则包括了更多的极零点(有量级上的增长),如下图所示:图2 folded-cascode with gain-boosting and bandgap all-poles details图3 folded-cascode with gain-boosting and bandgap all-zeros details从上述两张图可以看到,面对这样数量的极零点数量(各有46个),精确的计算是不可能的,只能依靠计算机仿真。
但是手算可以估计几个主要极零点的大致位置,从而预期放大器的频率特性。
同时从以上图中也可以看到,详细分析极零点情况也是很有必要的。
可以看到46个极点中基本都为左半平面极点(负极点)而仿真器特别标出有一个正极点(RHP )。
由于一般放大器的极点均应为LHP ,于是可以预期这个右半平面极点可能是一个设计上的缺陷所在。
(具体原因现在还不明,可能存在问题的方面:1。
推测是主放大器的CMFB 的补偿或者频率响应不合适。
2。
推测是两个辅助放大器的带宽或频率响应或补偿电容值不合适)其次可以从极零点的对应中看到存在众多的极零点对(一般是由电流镜产生),这些极零点对产生极零相消效应,减少了所需要考虑的极零点的个数。
另外可以看到46个零点中45个为负零点,一个为正零点,这个正零点即是需要考虑的对放大器稳定性产生直接影响的零点。
以上只是根据仿真结果进行的一些粗略的分析,进一步的学习和研究还需要进行一系列实验。
极点和零点重合-概述说明以及解释
极点和零点重合-概述说明以及解释1.引言1.1 概述极点和零点是在数学分析中常见的概念,它们分别代表了函数在特定点处的奇点和使函数为零的点。
通常情况下,极点和零点是不会重合的,因为它们代表了函数在不同情况下的性质。
然而,有时候极点和零点会重合在同一个点上,这种情况在数学分析中被称为极点和零点重合。
本文将对极点和零点的定义、特征以及它们之间的关系进行详细的探讨,同时还将分析极点和零点重合的意义和影响。
通过深入研究极点和零点的重合现象,我们可以更好地理解函数的性质和行为,为进一步的数学研究提供有益的参考。
1.2文章结构1.2 文章结构本文将首先介绍极点和零点的定义和特征,包括它们在数学和物理领域的重要性以及相互之间的区别。
然后,我们将讨论极点和零点之间的关系,探讨它们在数学和物理问题中的应用。
最后,我们将深入探讨极点和零点重合的意义,探讨这种现象在实践中的重要性和可能的应用领域。
通过对极点和零点的研究和分析,我们希望读者能够更深入地理解这两个概念,并从中获得一些启发和新的见解。
1.3 目的本文的目的在于探讨极点和零点在数学和物理学中的重要性和作用,并深入研究极点和零点在数学领域的定义、特征以及它们之间的关系。
通过对极点和零点的探讨,我们希望能够更深入地理解它们在数学和物理学中的应用,以及它们在解决问题和预测某些现象中起到的重要作用。
同时,本文还将探讨极点和零点重合的意义,从而帮助读者更好地理解这一现象对于数学和物理学的意义和影响。
最终,通过本文的研究,我们将能够更全面地认识极点和零点的重要性,以及它们在数学和物理学领域的作用。
2.正文2.1 极点的定义和特征在复数域上,一个函数在某点处的极点是指在该点处函数取无穷大值或无穷小值的点。
具体来说,如果一个函数在某点处取无穷大值,我们称这个点为函数的极点。
极点是一种特殊的奇点,它在函数的定义域内是孤立的点。
极点具有以下特征:1. 极点是函数在某点处的奇点,也就是说这个点不能满足函数的定义。
《信号与系统》问题交流
《信号与系统》问题交流1.系统函数在无穷远处有2个极点/零点,是不是理解成:在无穷远处有2阶的极点/零点啊?我就搞不清楚无穷远处的极零点怎么还能数出个数来跟阶数有关,比如分母阶数比分子多2,那么无穷远处定义有2阶零点呵呵,这个我明白;我搞不懂得是无穷远处的“两个”零点/极点是什么意思,我怀疑“两个”就是“两阶”;这点你是怎么理解的呢?其实就是如果告诉你无穷远处两个零点说明分子比分母次数多2这只是一个定义....一种等价形式....2.最小相移系统的系统函数对稳定性有要求吗?郑老师的书上只提到对零点的要求,没有提极点~~~最小相移系统前提条件是稳定的系统3.1/(a+jω)逆变换,怎么用逆变换的定义式求?我是怎么积也积不出e的指数的形式来灵活一点啊,为什么一定要用逆变换求?很多函数用逆变换很难求得,应该属于复变范围的嗯,我偶然想起来这个的时候也很头疼,既然直接求不好求也就算啦!4.上册p136-138的两道例题,为什么用时域微分特性就解不出来捏?给的方法不就是时域微分么?嗯,这个是我问的时候粗心,例3-6还是能够用时域微分解出来的。
我想问的是p.138,看图3-41:此图微分两次,得到t=0和t=t0的两个冲击,这两个冲激的傅立叶变换易求,记为K(ω)。
按照时域微分定理,K(ω)除以[(jω)^2]应该就是所求的时域波形的傅立叶变换,但事实并非如此;这种方法肯定得不到答案当中的δ(ω)。
这是为什么,时域微分定理在这里不灵了?你先对时域微分x(t),反过来推回来的时候应该是用时域积分定理F(w)应该等于X(w)/jw + pi*delta(w)*X(0)delta(w)是否存在处决于X(0)是否等于05.上册p.244,双边L T的逆变换怎么求啊?围数定理(不要求掌握应该)或者变成两个单边求围数定理是什么?那门课程学的,(是不是就是留数定理?)两个单边就好办啦,仔细点儿应该不会有问题6.上册p.350倒数第八行:能量谱的单位是什么?J/H里面的H是什么?是不是Hz?信号与系统里面不要考虑单位,写都不要写,信号平方和代表信号的能量只是借用了物理里面能量这个名词你能说电压信号平方和或者电流平方和代表真正的能量么?7.p.330 关于完备性的第二种定义,我有两种理解:(1)g1到gn当中,只要能够找到一个,比方说是g3,能够做到x(t)g3(t)积分=0,g函数集就不完备了(2)必须是g1到gn的所有g函数和x(t)积分都=0,才可以认为g函数集不完备。
极点偏移的具体解法
极点偏移的具体解法极点偏移(Pole-Zero Offset)是一种用于信号处理和滤波的技术,常用于音频处理、图像处理和通信系统等领域。
它可以改变信号的频率响应,实现滤波、增强或衰减特定频率成分的效果。
本文将介绍极点偏移的基本概念、具体解法以及其在实际应用中的一些案例。
1. 极点和零点在介绍极点偏移之前,我们需要先了解两个重要概念:极点(Pole)和零点(Zero)。
1.1 极点极点是指系统传递函数中使得分母为零的根。
在数字信号处理中,传递函数通常以有理多项式的形式表示,如:H(z) = (z - z1)(z - z2)…(z - zn)其中,z1, z2, …, zn 是系统的极点。
极点决定了系统的稳定性和频率响应。
对于稳定系统来说,所有的极点都位于单位圆内或者左半平面。
而对于不稳定系统,则至少存在一个极点位于单位圆外或右半平面。
1.2 零点零点是指系统传递函数中使得分子为零的根。
在有理多项式的形式中,零点可以表示为:H(z) = (z - p1)(z - p2)…(z - pm)其中,p1, p2, …, pm 是系统的零点。
零点决定了系统的频率响应和传递特性。
当输入信号通过一个零点时,该频率成分会被增强或衰减,从而改变信号的频率特性。
2. 极点偏移的原理极点偏移是一种通过改变系统极点和零点位置来实现频率响应调整的方法。
它基于以下原理:•在极点附近增加或减少一个零点,会引起频率响应在该极点附近产生偏移;•极点偏移可以实现对特定频率成分的增强或衰减。
通过合理地选择极点和零点的位置,可以实现对信号进行滤波、增强或衰减特定频率成分的效果。
3. 极点偏移的具体解法极点偏移有多种具体解法,常见的包括:3.1 零相位滤波(Zero-Phase Filtering)零相位滤波是一种常用的极点偏移技术。
它通过将信号延迟一半的采样周期,然后对延迟后的信号进行滤波,最后再将滤波结果反向延迟同样的采样周期,从而实现零相位滤波。
右零点和共轭极点
右零点和共轭极点
在复平面的角度表示中,右零点和共轭极点是两个重要的概念。
右零点,也称为零点或极点,是指在复平面上,函数在其上没有定义或者无穷大的点。
对于一个函数f(z),如果z=a是它的一个零点,那么f(z)在z=a处没有定义或者无穷大。
共轭极点则是在复平面上,两个具有共轭实部和虚部的复数对应的极点。
对于复数z=r(cosθ+i sinθ),其共轭复数为z=r(cos(θ-π)+i sin(θ-π))。
这两个复数在复平面上对应的极点称为共轭极点。
在信号处理和控制系统等领域中,右零点和共轭极点具有重要的应用价值。
例如,在控制系统分析中,系统的稳定性通常与它的极点和零点有关。
共轭极点和右零点在频域分析中也经常用到。
零点、极点以及用零点抵消极点的实例
零点、极点以及⽤零点抵消极点的实例传递函数是复频域内,输出响应的拉普拉斯变换与输⼊激励的拉普拉斯变换的⽐值。
在求传递函数时,有⼀个条件限制,就是初始条件为零。
很多⼈并不会重视这个条件,但是想要使⽤叠加定理,初始条件为零,是必须满⾜的。
零点,是传递函数的分⼦为零的点,从数学上来说,传递函数分⼦为零,那么分数就为零,⽽Vout(s)=H(s)*Vin(s),那么输出也为零,但是伯德图上却不是零。
注意,拉普拉斯变换的s是复数,s=σ+jω,但是当绘制伯德图时,是令s=jω,然后绘制的传递函数的幅频曲线和相频曲线,也即是说只考虑了虚部,并没有考虑实部。
那为什么可以在绘制增益曲线的时候使⽤s= jω呢? s=σ+j0=σ时,exp(s)是指数函数;⽽在s=0+jω=jω时,exp(s)是正弦函数。
⽽伯德图是假设输⼊为正弦信号,当频率变化时,幅值和相位的变化,所以是使⽤s= jω。
综合起来,零点的时候,输出不为零。
来看⼀个单零点的实例。
近似的描述,在零点处fz,幅度增益增加3dB,相位超前45度,在零点之后,幅度增益的增长斜率为20dB/10倍频程,或者说6dB/倍频程。
增益增加是从fz/10频率点开始,此时相位开始超前;到fz频率点时,增益增加3dB,相位超前45度,增益到10*fz时,相位超前90度。
此后,增益继续增加,⽽相位近似不再变化。
再看⼀个单极点的实例。
近似的描述,在极点fp处,幅度增益减少3dB,相位滞后45度。
相位从fp/10的频率点处开始滞后,在fp频率点处滞后45度,在10*fp频率点处,相位滞后90度,之后近似不再变化。
以上这些是零点和极点的⼀些基础知识。
对于n阶极点和零点,就继续叠加即可。
接下来看⼀个简单实⽤的零点补偿极点的例⼦。
在I-V转换电路中,通常需要在反馈电阻RF上并联⼀个⼩电容CF,防⽌输出端连接容性负载时发⽣振荡。
如下图所⽰,CL和RL⽤来模拟连接负载。
增加电容后,传递函数为H(s)=-RF/(1+s*RF*CF),直流增益是160dB,即20*log(100Meg)。
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注意:增益带宽积为常数(静态工作点一定) 4、单级放大器中各电容对带宽(转折频率)的影响 1)外电容影响fL。旁路电容影响最大;输出端电容比输入端 电容影响大;负载电容几乎不影响fL。 2)三极管内部电容影响fH。Cb’c和Cgd影响较大。
注意:1)共射电路的Miller效应
2)共射-共基电路减小Miller效应
如果没有负载电容CL,则
fH 2
1 19; c )
说明:共基放大电路的上转折频率fH由Cb’c决定。
从原理上看,因为共基极放大器没有Miller效应,所以它 的上转折频率一般比共射极电路要高。
图5.24是一个共射-共基两级放大电路。输入信号从共射极电 路(Q1)输入,Q1的输出信号作为共基极电路(Q2)的输入信号。 Q2的输入阻抗很小,作为Q1的负载,从而大大降低了的Miller效应 [见式(5.29)],即大大减小了Miller电容CM,从而提高了共射极电 路的带宽。
A( s) Vo Vs
RB 1 RS RB 1 s( RS // RB )Cb ' c
1 sCb ' e rb ' e 1 1 gm sCb ' e RL ' rb ' e gm
(5.42)
两个极点:
p1 1 ( RS // RB )Cb ' c
(5.43) (5.44) (5.45)
fz
1 1 ( g m ) 179MHz 2 Cb ' e rb ' e
由于零点和极点非常接近,它们可以近似抵消。所以 fH=fH1=398MHz
说明: 1 )射极跟随器的带宽远高于共射和共基放大电路,属于宽带电路。 2 )由于零点的绝对值比极点的绝对值还小,所以用开路时间常数 法(若不考虑零点)来计算上转折频率会不可靠。 3)若考虑负载电容 CL ,由式( 5.43 )、式( 5.44 )和式( 5.45 )可 知,它只会影响其中一个极点p2,式(5.44)变为
Is =
gm 1 RS ( g m ) Rs // RE // rb ' e
Vs
这样,输入回路和输出回路的等效电路分别如图5.23(a)、 5.23(b)所示。
5.23(a)
求 Cb 'e 决定的上转折频率
5.23(b)
求 Cb ' c和 CL 决定的上转折频率
H 1 ( Rs // RE // rb ' e // g1 )Cb ' e
5.6 多级放大器的转折频率的计算方法
对n级放大器,设各单级放大器(考虑了后级对前级的负载效 应后)的上、下转折频率分别为fL1、fL2、…、fLn和fH1、fH2、…、 fHn。下面分三种情况讨论多级放大器的上、下转折频率的估算方法。
1 .如果fL1 、fL2 、 …、fLn 中最大的(如 fL1 )比其它大很多(如 4 倍以上), 则总的下转折频率近似等于该最大的单级下转折频率,即fL=fL1。 类似地,如果fH1、fH2、…、 fHn中最小的(如fH1)比其他小很多(如4倍以 上),则总的上转折频率近似等于该最小的单级下转折频率,即fH=fH1 . 2.若各单级放大器存在主极点且零点与极点相差很大(如小于下转折频率或大 于上转折频率4倍以上),且各单级放大器的上、下转折频率相同,则
m
fH1
1 2 H 1
1 2 ( Rs // RE // rb ' e // g1m )Cb ' e
H 2 ( Rc // RL )(Cb 'c CL )
fH 2 1 2 H 2 1 2 ( Rc // RL )(Cb ' c CL )
对图5.22,用网孔分析法或节点法可得到电压增益函数:
图5.21 高频小信号等效电路
当 rbb'
<< rb'e //jCb 'e 时,图5.21中 rbb' 近似为短路,得到图5.22所示
1
的高频等效电路。
从受控源左边往右看的等效阻抗可由外施电压源法求出,即 Z1 = 1
gm
从受控源右边往左看的阻抗(此时电压源短路),也可由外 施电源法求出: Z 2 。这意味着从右边虚线往左看的单口网络 可以等效为一个电流源,用 I s表示。当1/ jCb'e >>Rs//RE//rb’e时
5、多级放大电路的带宽计算
1 gm ( RC // RL ) A( s) 1 s( RC // RL )Cb ' c RS
1 1 1 1 g m sCb ' e RS RE rb ' e
[例5.9]目的:求共基极放大器的上转折频率。 电路如图 5.20所示,电路参数为 V+=5V, V- = -5V , Rs = 0.1k , R1 = 40k,R2=5.72k,RE=0.5k,Rc=5k,RL=10k,CL=15pF。晶体管 参数为 =150,VBE(on)=0.7V,VA= ,Cb’e=35pF,Cb’c=4pF。 求该放大器的上转折频率 f H 。
p2
1 1 1 ( gm ) Cb ' e RL ' rb ' e
一个零点:
z 1 1 ( gm ) Cb ' e rb 'e
[例5.10]目的:求射极跟随器的上转折频率。 电路如图5.25所示。电路参数为V+=5V,V-=-5V,Rs=0.1k,R1=40k, ,VBE(on)=0.7V, R2=5.72k,RE=0.5k,RL=10k。晶体管参数为 =150 VA= ,Cb’e=35pF ,Cb’c=4pF,求该电路的上转折频率。 解:由例5.9可知ICQ=1.02mA,gm=39.2mA/V,rb’e=3.82k。
由式(5.43)可得
由式(5.44)可得 由式(5.45)可得
fH1
fH 2
1 1 398MHz 2 ( Rs // RB )Cb 'c 2 RsCb 'c
1 1 1 1 1 1 ( gm ) ( gm ) 189MHz 2 Cb 'e RL ' rb 'e 2 Cb 'e RE rb 'e
p2 1 1 1 ( gm ) Cb ' e CL RL ' rb ' e
若CL=15pF,则fH2=132MHz; 若CL=150pF,则fH2=35.8MHz。 此时,fH2为主极点频率,射极跟随器的上转折频率为35.8MHz, 仍然比较高,这说明射极跟随器的带负载能力比较强。
解:由直流分析可得ICQ=1.02mA,gm=39.2mA/V,rb’e=3.82k。 由 Cb 'e 决定的上转折频率为
1 fH1 234MHz 1 2 ( Rs // RE // rb 'e // gm )Cb 'e
由Cb’c和CL决定的上转折频率为
fH 2
1 2.51MHz (主极点频率) 2 ( Rc // RL )(Cb ' c CL )
带宽fBW=fH-fL≈fH
2、转折频率的计算方法 转折频率的计算方法 增益函数法 AM FL(s) FH(s) 时间常数法 短路时间常数法 开路时间常数法
fL
fH
fL
fH
注意:1)零点与极点对消的可能性
2)利用主极点的概念简化分析
3、基本单级放大器的带宽比较 射极跟随器 > 共基放大器 > 共射放大器
图5.24 共射—共基电路
5.5.2 射极跟随器的高频响应
图5.25是一个带负载的射极跟随器。其高频小信号等效电路如 图5.26所示(忽略Rbb’)。图5.26中,RB=R1//R2,RL’=RE//RL。
图5.25 射极跟随器
图5.26 高频小信号等效电路
用网孔分析法或节点分析法可求得(忽略CL):
5.5 晶体管放大电路的高频响应
共射(共源)放大电路的带宽由于Miller效应而减小。 要想增加带宽,就应该减小或消除Miller效应。 本节将讨论的共基(共栅)放大电路能减小或消除 Miller效应。 本节还会讨论射极(源极)跟随器的高频响应。
5.5.1 共基放大器的高频响应
图5.20 共基极放大电路
f H f H 1 2 1; f L f L1 / 2 1
1 n
1 n
当n=3时,fH=0.51fH1;fL=1.96fL1。
3.若不满足以上条件,则转折频率需要借助计算机软件或硬件系统或系统函 数来获取。
5.7 小
结
1、放大电路的频率响应 中频增益 频率响应 转折频率 下转折频率fL 上转折频率fH