对任意的二阶系统有如下传输函数:
为了方便讨论极点性质,构建函数P(s)
函数P(s)的零点就是传输函数H(s)的极点,令P(s)=0
其中s1
通过上式可以看出,p1p2p_{1}p_{2}p1p2的乘积为定值,那么p1p_{1}p1的减小必定导致p2p_{2}p2的增大,反之亦然。二者的分离度也将随着Q减小或ξ增加而增大。当Q减小或ξ的增加使得p1p_{1}p1与p2p_{2}p2充分重合的时候,极点性质改变,变为共轭复极点。此时Q≫1/2,ξ≪1时,共轭复极点可以表示为:
Q值越大,ξ越小,那么共轭复极点的实部越接近原点,而且虚部越大,更接近与一对共轭虚数极点。
当Q>1/2,ξ<1时,开始出现共轭复极点,下面讨论H(s)的振幅特性。
为求|H(s)|的最大值,即求分子的最小值,对分子关于ω求导,并等于0,得到:
将(1.20)带入(1.19)得:
当2ξ1−ξ2≤12\xi\sqrt{1-\xi ^{2} } \le 12ξ1−ξ2≤1时,产生过冲,即
并且在此条件下,可以得到归一化频率为
以上结果表明,峰值发生在略小于特征频率的点上。并且ξ 越小或者Q 越大过冲幅度越大;当Q很大或者ξ 很小的时候,峰值点频率近似为ω0\omega _{0}ω0,过冲幅度为 QAV0QA_{V0}QAV0 。
通过以上分析,当Q<1/2,ξ>1时,极点为LHP实极点;而产生过冲的条件是Q>1/2Q>1/\sqrt{2}Q>1/2 ,ξ<1/2\xi <1/\sqrt{2}ξ<1/2,因此对于实数极点,一定没有过冲产生;对与共轭复极点有Q>1/2Q>1/2Q>1/2,ξ<1\xi <1ξ<1,会产生过冲,且阻尼效应越小,则振荡的越剧烈,即幅度,起振快,示意图如下
(以上内容参考《CMOS模拟IP线性集成电路_吴金》)
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