Frage:
Woher kommen Nullen in einer Schaltung?
AlfroJang80
2020-07-25 21:03:37 UTC
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Ich habe Schwierigkeiten, vollständig zu verstehen, wie genau eine Null in einer Schaltung erzeugt wird. Ich möchte auf irgendeine Weise visuell erkennen (ohne eine Übertragungsfunktion zu berechnen), dass eine Null vorhanden ist, genauso wie ich einen Pol sehen kann, wenn ein Widerstand und eine Kapazität zur Wechselstrommasse mit einem Knoten verbunden sind.

enter image description here

Q1 (a): Was genau ist ein Durchführungspfad?

Q1 (b): Warum wird die Kopplung durch die Gate-Drain-Kapazität nicht als Rückkopplungspfad betrachtet, warum ist es ein Durchführungspfad? Es verbindet den Eingang mit dem Ausgang, aber es verbindet auch den Ausgang mit dem Eingang.

Q1 (c): Würde noch eine Null erzeugt, wenn der Gate-Drain-Kondensator durch einen einfachen Widerstand ersetzt würde?

Q2: Wie kann die Null berechnet werden, indem festgestellt wird, dass die Übertragungsfunktion für diese bestimmte Nullfrequenz auf Null fallen muss? Wenn Sie sich Abb. 6.17 (rechtes Bode-Diagramm) ansehen, fällt die Übertragungsfunktion bei der Frequenz Null nicht auf Null. Wie ist diese Berechnung also sinnvoll?

Dies sind keine Hausaufgabenfragen, dies sind nur alle Zweifel in meinem Kopf, wenn ich dies lese. Ich habe dies nur in Frage gestellt, um deutlich zu machen, was meine Zweifel sind.

Vielen Dank!

Zwei antworten:
AJN
2020-07-25 21:30:24 UTC
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Q1a

Es besteht eine direkte Verbindung von Eingabe zu Ausgabe, ohne die Dynamik des Systems zu durchlaufen. Die Ausgabe wird direkt von der Eingabe beeinflusst.

Q1b

Dies ist sowohl ein Rückkopplungspfad als auch ein Feed-Through. Sie schließen sich nicht gegenseitig aus.

Q1c

Ja, da die Ausgabe auch in diesem Fall direkt von der Eingabe beeinflusst wird. Die Frequenz dieser Null ist jedoch unterschiedlich. Wenn Sie der gleichen Ableitung wie unten folgen (indem Sie \ $ C_ {GD} \ $ span> durch beispielsweise ersetzen \ $ R_f \ $ span>), ich denke, Sie werden keine Null finden können. Dies kann darauf hinweisen, dass die Null unendlich ist. Dann ist die Frage des Feed-through umstritten. Sub>

Q2

Stellen Sie sich einen plötzlichen Anstieg des Eingangssignals vor. Dies wirkt sich aufgrund der Verbindung über den \ $ C_ {GD} \ $ span> zunehmend auf die Ausgangsspannung aus. Gleichzeitig wirkt sich dies auch abnehmend auf die Ausgangsspannung aus, da der Transistor immer mehr Spannung über \ $ R_D \ $ span> abfällt. Wenn sich diese beiden Effekte genau aufheben, ist der Nettoeffekt auf die Ausgabe Null . Es wird im Frequenzgang nicht gesehen, da die entsprechende komplexe Frequenz der Null möglicherweise nicht rein imaginär ist. d.h. \ $ s = \ sigma + j \ omega, \ sigma \ neq 0 \ $ span>. Frequenzantworten werden gezeichnet, wobei \ $ s = j \ omega, \ sigma = 0 \ $ span>. Wenn Sie möchten, dass der Ausgang auf Null geht, müssen Sie einen exponentiellen Eingang anstelle eines sinusförmigen Eingangs eingeben. Eine exponentielle Eingabe kann auch als Frequenz angesehen werden.

Begründung für die Nullantwort aufgrund der exponentiellen Eingabe

schematic

simulieren diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab sup>

Die Knotengleichung für \ $ v_o \ $ span> lautet

\ $ g_m \ cdot v_1 = \ frac {-v_o} {R_D} + C_ {GD} \ frac {d (v_1 - v_o)} {dt} \ $

\ $ g_m \ cdot v_1 - C_ {GD} \ frac {d (v_1)} {dt} = \ frac {-v_o} {R_D} - C_ {GD} \ frac {d (- v_o)} {dt} \ $ span>

In der Laplace-Domäne

\ $ (g_m - s \ cdot C_ {GD}) v_1 = v_o (\ dots) \ $ span>

Wir können das sehen, wenn eine exponentielle Eingabe durch die Bedingung \ $ \ frac {d v_1} {dt} = \ frac {g_m} {C} v_1 \ $ dargestellt wird span>, wird am Eingang zugeführt, die Ausgangsspannung bleibt gleich. In kleinen Signalen lautet die Antwort zero. Die Eingabe, die dies verursacht hat, ist jedoch exponentiell und nicht sinusförmig. Daher kann die Null in einem Frequenzgangdiagramm nicht gesehen werden.

Der Grund dafür, dass die Ausgangsspannung gleich bleibt, ist, dass der erhöhte Strom durch \ $ g_m \ $ span> genau durch den Strom geliefert wird, der durch den Kondensator (vom Eingang) und daher fällt keine zusätzliche Spannung über \ $ R_D \ $ span> ab (da der Strom durch ihn gleich bleibt). Dies wird im Screenshot-Dokument in der Frage erwähnt.

Hier ist eine Antwort auf Nullen, die ich zuvor geschrieben habe (Eigenwerbung).

Erstaunliche Antwort.So klar und auf den Punkt!Nur noch eine Frage.In einer typischen invertierenden Operationsverstärkerkonfiguration mit rein resistiver Rückkopplung existiert zwar eine Null, aber es ist nur eine hohe Frequenz, die uns egal ist.Für eine Integratorkonfiguration (Kondensator im Rückkopplungspfad) gibt es jetzt eine deutlichere Null, da es sich um eine Obergrenze im Rückkopplungspfad handelt. Bei einer Integratorschaltung müssen wir also die Null berücksichtigen.Ist mein Verständnis richtig?
Ich nehme an, Sie meinten "eine Integratorkonfiguration * im Fall OPAMP *".In diesem Fall besteht eine virtuelle Masse zwischen dem Eingang und dem Kondensator.Also, * für Frequenzen, bei denen die virtuelle Masse gut ist *, denke ich, dass der Eingang nicht (effektiv) zum Ausgang durchläuft.Die Eingabegleichung wäre einfach \ $ i = (vin - virtualground) / R \ $ und die Ausgabegleichung wäre \ $ i = c \ frac {d (vo - virtualground)} {dt} \ $.Andererseits ist opamps \ $ g_m \ $ (oder sein VCVS-Äquivalent) unendlich groß.Bei der Null bin ich mir allerdings nicht sicher.
Aha. Vielen Dank.
jp314
2020-07-26 04:36:02 UTC
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Nullen sind nicht so einfach zu visualisieren wie Pole.Normalerweise entstehen sie aus mehreren Pfaden durch die Schaltung, die sich irgendwann verbinden.Es ist die Aufhebung der Kombinationssignale (bei einer bestimmten Frequenz), die zu einer Null führt

Im Allgemeinen kann die Übertragungsfunktion eines Netzwerks (einer Schaltung) als Verhältnis von zwei Polynomen in s dargestellt werden.Diese Darstellung ist im Allgemeinen nicht intuitiv.Das rationale Polynom kann jedoch (normalerweise) durch partielle Bruchzerlegung in eine Summe einfacher Terme der Form gebrochen werden: a / (s-b).In diesen Fällen sind die 'b'-Terme die Pole und entstehen aus Elementen in der (linearen) Schaltung, die auf die Änderungen eines angelegten Signals reagieren, nicht jedoch auf die Signale selbst - im Grunde bedeutet dies Kondensatoren und Induktivitäten.



Diese Fragen und Antworten wurden automatisch aus der englischen Sprache übersetzt.Der ursprüngliche Inhalt ist auf stackexchange verfügbar. Wir danken ihm für die cc by-sa 4.0-Lizenz, unter der er vertrieben wird.
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