Impedancia del punto de activación de segundo orden de la red RC

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Estoy tratando de encontrar la función de transferencia para el siguiente modelo de segundo orden, pero tengo dificultades porque no puedo manipularla en la forma estándar requerida para extraer las constantes de tiempo.

El circuito es el siguiente:

Hasta ahora he trabajado con esta ecuación para la impedancia:

$$ {\ frac {\ left ({\ it R1} + {\ frac {1} {s {\ it C1}}} \ right) \ left ({\ it R2} + { \ frac {1} {s {\ it C2}}} \ right)} {{\ it R1} + {\ frac {1} {s {\ it C1}}} + {\ it R2} + {\ frac {1} {s {\ it C2}}}} + R3 $$

y eliminó la ganancia independiente de la frecuencia: $$ k = {\ frac {{\ it R1} \, {\ it R2}} {{\ it R1} + {\ it R2}}} + {\ it R3} $$

para llegar a algún lugar cerca de lo que creo que es la forma estándar, pero falta un término \ $ \ omega_ {o} \ $. Quería mantener el factor de \ $ s ^ 2 \ $ en la unidad del denominador.

Tengo esto: $$ k. {\ frac {{s} ^ {2} + {\ frac {\ left ({\ it R1} \, {\ it C1} + {\ it R2} \, {\ it C2} + { \ it R3} \, {\ it C2} + {\ it R3} \, {\ it C1} \ right) s} {\ left ({\ it R1} \, {\ it R2} + { \ it R3} \, {\ it R1} + {\ it R3} \, {\ it R2} \ right) {\ it C2} \, {\ it C1}}} + { \ frac {1} {\ left ({\ it R1} \, {\ it R2} + {\ it R3} \, {\ it R1} + {\ it R3} \, { \ it R2} \ right) {\ it C2} \, {\ it C1}}}} {{s} ^ {2} + {\ frac {\ left ({\ it C2} + {\ it C1} \ derecha) s} {\ left ({\ it R1} + {\ it R2} \ right) {\ it C2} \, {\ it C1}}}}} $$

y estoy atascado. He pasado un día manipulándolo de varias maneras, sin quitar el factor k, pero no puedo hacerlo en una forma reconocible. Intuitivamente, veo que es una mezcla de paso alto y paso de banda.

Me pregunto si parte de mi problema es que asumo una corriente de entrada de \ $ I_ {b} \ $ para el cálculo de la impedancia de transferencia \ $ Z = {\ frac {V_ {b}} {I_ {b }}} \ $, cuando el circuito debe considerarse circuito abierto para el cálculo de la función de transferencia? Cualquier ayuda apreciada.

    
pregunta ZetaSeeker

3 respuestas

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Primero, el término correcto es punto de conducción impedancia ya que es la relación de la tensión a través y la corriente a través de un solo puerto.

Ahora, ya que la impedancia se va al infinito a medida que la frecuencia va a cero, el factor que sacó es la impedancia asintótica de alta frecuencia, pero no creo que sea útil en este caso.

Creo que una forma transparente para la impedancia del punto de conducción es:

\ $ Z_ {eq} = R_3 + \ dfrac {1} {s (C_1 + C_2)} \ dfrac {s ^ 2 (R_1R_2C_1C_2) + s (R_1C_1 + R_2C_2) + 1} {s (R_1 + R_2 ) C_1 || C_2 + 1} \ $

Hay claramente dos polos; uno en \ $ s = 0 \ $ y otro en \ $ s = - \ dfrac {1} {(R_1 + R_2) C_1 || C_2} \ $

El numerador es de segundo orden, por lo que hay dos ceros. Puede factorizar el numerador para encontrar los ceros (del numerador) en \ $ s = - \ dfrac {1} {R_1C_1} \ $ y \ $ s = - \ dfrac {1} {R_2C_2} \ $

A medida que \ $ s \ rightarrow \ infty \ $, el segundo término se acerca

\ $ \ dfrac {R_1R_2} {R_1 + R_2} = R_1 || R_2 \ $

Las dos redes RC paralelas tienen una impedancia equivalente dada por:

\ $ Z = (R_1 + \ dfrac {1} {sC_1}) || (R_2 + \ dfrac {1} {sC_2}) = \ dfrac {R_1R_2 + \ frac {R_1} {sC_2} + \ frac {R_2} {sC_1} + \ frac {1} {s ^ 2C_1C_2}} {R_1 + R_2 + \ frac {1} {sC_1} + \ frac {1} {sC_2}} \ $

\ $ = \ dfrac {s ^ 2R_1R_2C_1C_2 + s (R_1C_1 + R_2C_2) + 1} {s ^ 2 (R_1 + R_2) C_1C_2 + s (C_1 + C_2)} \ $

\ $ = \ dfrac {1} {s (C_1 + C_2)} \ dfrac {s ^ 2R_1R_2C_1C_2 + s (R_1C_1 + R_2C_2) + 1} {s (R_1 + R_2) C_1 || C_2 +1} \ $

    
respondido por el Alfred Centauri
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Sí, te has topado con una pared de ladrillos, me temo. No es posible obtener una función de transferencia de Laplace inversa analítica general para algo más que un circuito RC de primer orden (o de primer orden cargado por resistencia). No serie RC, no butterworth, nada. Esto no se simplificará a menos que haga que algunos elementos sean iguales entre sí, por ejemplo. R1 = R2 y C1 = C2. Luego, para un circuito de segundo orden, podrá encontrar una transformación inversa de lugar con cualquier lista de libros de texto de transformaciones estándar.

Tendrá que ir por otra ruta que la transformada de Laplace si desea resolver una forma genérica de su circuito.

Si vas en el tercer orden, ni los resistores ni los condensadores igualados te darán un formulario estándar.

También, una excelente manera de aprender a manipular este tipo de ecuaciones es usar Mathematica, Matlab o algún otro paquete de matemáticas para ayudarlo a resolver el problema de simplificar sus ecuaciones.

    
respondido por el user36129
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¿Cuál es el problema? No he revisado los detalles de su álgebra, pero vamos a hacer una revisión de cordura. En dc, la impedancia de la red es infinita. Entonces, ponga s = 0 en su ecuación y el denominador se convierte en cero, para que tenga una impedancia infinita.

En las frecuencias altas, la impedancia debe ser R3 más la combinación paralela de R1 y R2. Entonces, deje que los términos \ $ s ^ 2 \ $ dominen su ecuación y el resultado es k. Luciendo bien.

En la parte posterior de un sobre, acabo de recibir algo que se puede escribir como: -

$$ Z = k. \ frac {s ^ 2 + 2 \ zeta \ omega_ns + \ omega_n ^ 2} {s (s + a)} $$

... que se parece a tu experiencia.

Aunque podría ser mejor escribirlo como: -

$$ Z = k. \ frac {(s + \ omega_1) (s + \ omega_2)} {s (s + \ omega_3)} $$

por ser una red pasiva, las raíces deben ser reales. Por supuesto, puede insertar los coeficientes de su numerador en la fórmula cuadrática para resolver \ $ \ omega_1 \ $ y \ $ \ omega_2 \ $ ¡pero se lo dejaré a usted!

    
respondido por el MikeJ-UK

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