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信号振铃遇到过没?来聊聊为啥(一)
信号振铃遇到过没?来聊聊为啥(二)
信号振铃遇到过没?来聊聊为啥(三)
信号振铃遇到过没?来聊聊为啥(四)
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信号振铃遇到过没?来聊聊为啥(终结篇) -- 消除振铃

大家好,我是硬件微讲堂。这是在电子星球的第18篇原创文章。为避免错过干货内容,一定记得点赞、收藏、分享哟。加微信hardware_lecture(备注:电子星球)进群沟通交流。

前面关于振铃已经写过4篇:

信号振铃遇到过没?来聊聊为啥(一)

信号振铃遇到过没?来聊聊为啥(二)

信号振铃遇到过没?来聊聊为啥(三)

信号振铃遇到过没?来聊聊为啥(四)

既然已经把问题抛出来,但总要想办法解决,也有粉丝留言如何解决这振铃,于是就有今天的第5篇。

1、信号振铃是啥

信号振铃,其实是一种阻尼振荡。与其说研究信号振铃,不如直接讨论阻尼振荡系统。依稀记得本科相关课程中讲过这部分内容,但我已还给老师,我们还是看看百度吧。

“阻尼振动是指,由于振动系统受到摩擦和介质阻力或其他能耗而使振幅随时间逐渐衰减的振动,又称减幅振动、衰减振动。”——百度百科

我们把这个概念移植到电学上,大概可以理解为,由于信号振荡系统受到电介质阻力或其他能耗而使信号振幅逐渐减小的震动(仅供参考)。下图中的RLC就是一个信号振铃系统,这里的电阻就是消耗能量的电介质。

2、阻尼振荡的分类

根据阻尼比的不同,阻尼振荡状态可以分为:过阻尼、临界阻尼、欠阻尼,如下图所示:

(1)当0<阻尼比<1时,处于欠阻尼状态;

(2)当阻尼比=1时,处于临界阻尼状态;

(3)当阻尼比>1时,处于过阻尼状态。

由于涉及机械振动方面的知识,不是我们分析的重点,这里不做展开。感兴趣的可以自行脑补。

(图片 来自网络)

从上图可以看出,在欠阻尼状态时,系统仍处于振荡状态。而在临界阻尼和过阻尼状态时,系统振荡状态消息。于是,回头看我们的信号振铃系统,如果要消除信号振铃,就要让系统工作在临界阻尼和过阻尼状态。

3、如何调整振铃系统状态

如何调整振铃系统的工作状态?要搞清楚这个问题,我们就要弄清楚信号振铃系统不同工作状态的边界线。

上一篇文章我们探讨品质因数Q,并得出结论:通过计算RLC电路的Q值来评估谐振的强度那今天我们就把这个结论再拔高一层,从金刚境提升至指玄境,《雪中悍刀行》的雪粉应该懂的哈。

指玄境:RLC电路的Q值与1/2的关系,可以表征信号振铃状态。

(1)Q<1/2时,处于过阻尼状态;

(2)Q=1/2时,处于临界阻尼状态;

(3)Q>1/2时,处于欠阻尼状态。Q值越大,谐振越强。

为了更具实战性,我们再升一层,从指玄境提升至天象境距离陆地神仙境只差一步之遥。我们再把Q值与1/2的关系转化为R/L/C之间的关系。

天象境:RLC电路的R与2√L/C的关系,可以表征信号振铃状态。

(1)R>2√L/C时,处于过阻尼状态;

(2)R=2√L/C时,处于临界阻尼状态;

(3)R<2√L/C时,处于欠阻尼状态。R值越小,谐振越强。

在对照上一篇文章中,在L=1uH,C=10pf,振幅1V的正弦波输入条件下:

当R=100欧姆,Q=3.16,仿真波形峰值达3.12V;

当R=50欧姆,Q=6.3V,仿真波形峰值达6.2V;

当R=10欧姆,Q=31.6,仿真波形峰值达30V。

可以看出:

①3种情况的Q值都大于1/2,都处于欠阻尼状态,都会有振铃出现;

②R值均小于2√L/C(计算值为632),均处于欠阻尼状态;

③R值越小,谐振越强。

结合前面所讲述的内容,我们可以得出结论:

如果要消除振铃,需要使R>=2√L/C。

4、仿真-消除振铃

上面都是理论分析,不能光说不练,咱也通过仿真验证下。

仿真模型仍然使用文章开头的电路模型。为了更明显的观察振铃,我们的信号源VG1使用1MHz的方波。

我们先看下R值取100Ω、50Ω、10Ω的仿真情况。

如上图所示,输出端VF3均有明显振铃现象,且R越小,振荡越强。符合前面的理论分析。

根据计算:

R值=632时,处于临界阻尼;

R值>632Ω时,处于过阻尼。

那我们就看下R值分别取500Ω、630Ω、750Ω时的振铃电路的仿真结果。

如上图所示:

(1)当R值取500Ω时,明显看到信号有过冲,这是有振铃的表现,此时处于欠阻尼状态;

(2)当R值取630Ω时,信号无过冲,振铃被消除,此时处于临界阻尼状态;

(3)当R值取750Ω时,信号无过冲,振铃被消除,此时处于过阻尼状态。

这刚好验证了前面说过的:如果要消除信号振铃,就要让系统工作在临界阻尼和过阻尼状态。

5、总结

阻尼振荡状态可以分为:过阻尼、临界阻尼、欠阻尼

如果要消除信号振铃,就要让系统工作在临界阻尼和过阻尼状态

金刚境:通过计算RLC电路的Q值来评估谐振的强度Q越大,振铃越强。

指玄境:RLC电路的Q值与1/2的关系,可以表征信号振铃状态。

天象境:RLC电路的R与2√L/C的关系,可以表征信号振铃状态。

如果要消除振铃,需要使R>=2√L/C。

截止到目前,关于信号振铃,我想聊的内容基本写完了,链接详见文章开头,共计5篇:

①从LC谐振维度分析了振铃现象;

②分析了电源SW出现振铃的原因;

③从频域和时域维度分析LC谐振网络的选频特性;

④LC网络发生谐振时输出波形的幅值评估以及谐振强度与Q值关系;

⑤消除信号振铃的思路以及如何通过Q值或RLC来消除振铃。

怎么样?一个简短的问题,给出的回答可浅可深。我的助攻只能到这里,能否晋升到陆地神仙境一剑开天门,就看你的造化了!

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