通过RLC分析信号振铃及消除方法

​目录：

1、什么是信号振铃

2、阻尼振荡的分类

1）机械振动的阻尼

2）电学的阻尼

3、Multisim时域仿真

1）建立电路图

2）过阻尼、临界阻尼、欠阻尼

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1、什么是信号振铃

它其实是一种阻尼振荡，所以直接讨论系统的阻尼振荡，即反应了信号振铃，如下图所示。

 

来源于：信号完整性-串扰。

2、阻尼振荡的分类

1）机械振动的阻尼

根据阻尼系数ζ的不同，阻尼振荡状态可以分为：过阻尼、临界阻尼、欠阻尼。

（1）当0 < ζ < 1时，处于欠阻尼状态。

（2）当ζ = 1时，处于临界阻尼状态。

（3）当ζ > 1时，处于过阻尼状态。

添加图片注释，不超过 140 字（可选）

从上图可以看出，在欠阻尼状态时，系统处于振荡状态。而在临界阻尼和过阻尼状态时，系统振荡状态消失。

2）电学的阻尼

于是再看信号振铃系统，如果要消除信号振铃，就要让系统工作在临界阻尼或过阻尼状态，即阻尼系数ζ ≥ 1。RLC串联电路的ζ = (R/2)*√C/L ①。

 

令①式的ζ = 1，结合②式，可得RLC电路的Q值与1/2的关系，用来表征信号振铃状态。

（1）Q > 1/2时，处于欠阻尼状态。Q值越大，谐振越强。

（2）Q = 1/2时，处于临界阻尼状态。

（3）Q < 1/2时，处于过阻尼状态。

由②式再把Q值与1/2的关系转化为R/L/C之间的关系。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，处于欠阻尼状态，系统处于欠阻尼状态，此时系统会出现振荡现象并且振荡幅值会持续衰减，衰减速率和振荡频率取决于阻尼系数。R值越小，谐振越强。

（2）R = 2√L/C时，处于临界阻尼状态，系统处于临界阻尼状态，此时系统也不会振荡。上升时间比过阻尼状态更短。

（3）R > 2√L/C时，处于过阻尼状态，此时系统不会振荡。R越大，阶跃响应电容电压上升时间越长。

3、Multisim时域仿真

1）建立电路图

设置L1 = 1uH，C1=10nF，R1分别为1Ω、10Ω、20Ω、100Ω。原文件下载：过阻尼、临界阻尼、欠阻尼， 采用Multisim仿真(Multisim14.2仿真使用汇总)。Vin为Step Voltage，设置如下图。

 

选用电容两端为系统输出端Vout，电路如下图所示。

 

瞬态仿真(Transient)设置如下图所示：

 

2）过阻尼、临界阻尼、欠阻尼

（1）当R1阻值比较小时(比如1Ω)，信号存在严重的Overshoot(振荡)。

 

通过交互仿真(Interactive)也可以观测到，如下图。

 

随着R1阻值的增加(比如10Ω)，Overshoot逐渐减小。

 

（2）当R1阻值为20Ω时，信号的Overshoot消失。

 

（3）当R1阻值继续增大至100Ω，输出信号的上升沿时间逐渐增长。

 

结合前面所讲述的内容，可以得出结论：如果要消除振铃，需要使R ≥ 2√L/C。

基于上述原因，电路中往往留有串联电阻位置，通过调整此电阻，以期消除振铃信号。

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