Přemostěný T-článek

[Maple Bitmap]  

Zadání obvodu podle výše uvedeného obrázku.

>    T:="premosteny T clanek

>    V 1 0 1

>    C1 1 2 C*a

>    C2 2 3 C

>    R1 1 3 R*b

>    R2 2 0 R

>    .end":

>    res_T:=syrup(T, ac);

parsedeck:   Analyzing SPICE deck "premosteny T clanek" (ignoring this line)

res_T := {v[1] = 1, v[3] = (s*C*R+s*C*a*R+s^2*C^2*a*R^2*b+1)/(s*C*R+1+s*C*R*b+s*C*a*R+s^2*C^2*a*R^2*b), v[2] = s*C*(1+a+s*C*a*R*b)/(s*C*R+1+s*C*R*b+s*C*a*R+s^2*C^2*a*R^2*b)*R}

Obecný výraz pro přenos.

>    P_T:=subs(res_T,v[3]);

P_T := (s*C*R+s*C*a*R+s^2*C^2*a*R^2*b+1)/(s*C*R+1+s*C*R*b+s*C*a*R+s^2*C^2*a*R^2*b)

Výpočet kmitočtu omega[0] .

>    solve(evalc(Im(subs(s=I*omega,P_T))),omega);

0, 1/((a*b)^(1/2)*C*R), -1/((a*b)^(1/2)*C*R)

>    om_T:=%[2];

om_T := 1/((a*b)^(1/2)*C*R)

Přenos pro omega[0] = 1 .

>    P_T1:=collect(algsubs(C*R=1,subs(res_T,v[3])),s);

P_T1 := (1+s^2*a*b+(1+a)*s)/(1+s^2*a*b+(1+b+a)*s)

Přenos pro omega = omega[0] .

>    simplify(subs(s=I*om_T,P_T));

(1+a)/(1+b+a)

Strmost fázové charakteristiky pro relativní kmitočet v bodě omega = omega[0] .

>    phi_P_T:=evalc(argument(subs(s=I*omega,P_T))):

>    SR_phi_T:=simplify(om_T*subs(omega=om_T,diff(phi_P_T,omega)));

SR_phi_T := 2/(a*b)^(1/2)*b^2*a/(1+a)/(1+b+a)

Jak bude vidět dále, modul přenosu vykazuje pro omega = omega[0]  minimum, z čehož vyplývá, že daný článek je určen pro větev záporné zpětné vazby. Velikost konstant a  a b  určíme tak, aby strmost fázové chrakteristiky byla pro omega = omega[0]  co největší, což je výhodné pro stabilitu kmitočtu celého oscilátoru. Ze vztahu SR_phi  je patrné, že bude vhodné volit b  velké a a  spíše menší ( limit(SR_phi,a = infinity) = 0 ). Např. Pro b = 10  vychází pro SR_phi  optimální volba a = .77 , jak je ukázáno na následujícím grafu.

>    plot(subs(b=10,SR_phi_T),a=0.1..10);

>    solve(diff(subs(b=10,SR_phi_T),a));evalf(%);

[Maple Plot]

-2+1/3*69^(1/2), -2-1/3*69^(1/2)

.768874621, -4.768874621

Výpočet modulu a fáze přenosu omega[0] = 1 .

>    abs_P_T:=evalc(abs(subs(s=I*omega,P_T1))):

>    phi_P_T:=evalc(argument(subs(s=I*omega,P_T1))):

Následuje vykreslení kmitočtových charakteristik pro dvě různé volby hodnot koeficienů a  a b . Dále pak vyčíslení velikosti modulu a strmosti fázové charakteristiky (v radiánech i ve stupních) pro omega = omega[0]  (pro obě hodnoty volby koeficientů).

>    plots[semilogplot]([subs(a=0.77,b=10,abs_P_T),subs(a=1,b=1,abs_P_T)],omega=0.02..10,color=[blue,red],legend=["a=3, b=10","a=b=1"],thickness=2);

>    plots[semilogplot]([subs(a=0.77,b=10,phi_P_T),subs(a=1,b=1,phi_P_T)],omega=0.02..10,color=[blue,red],legend=["a=0.77, b=10","a=b=1"],thickness=2);

>    simplify([subs(a=0.77,b=10,subs(omega=1/sqrt(a*b),abs_P_T)),subs(a=1,b=1,subs(omega=1/sqrt(a*b),abs_P_T))]);

>    evalf([subs(a=0.77,b=10,SR_phi_T),subs(a=1,b=1,SR_phi_T)]);

>    evalf(180/Pi*[subs(a=0.77,b=10,SR_phi_T),subs(a=1,b=1,SR_phi_T)]);

[Maple Plot]

[Maple Plot]

[.1503823280, 2/3]

[2.663947300, .3333333333]

[152.6329371, 19.09859317]

Z grafů je evidentní, že volba konstant a  a b  má výrazný vliv na přenosové vlastnosti článku. Pro relativní změnu Delta*omega[0]/omega[0] = 1 % bude tedy pro a = .77, b = 10  strmost Delta*SR_phi_T = 1.5  stupňů, což je osmkrát lepší hodota oproti volbě a = 1, b = 1 .  

>    P_T1;

(1+s^2*a*b+(1+a)*s)/(1+s^2*a*b+(1+b+a)*s)

Přenos má komplexně sdruženou nulu pro volbu a = .77, b = 10  a dále póly, které jsou právě pro tuto volbu blíže imaginární ose, což odpovídá větší strmosti fázové charakteristiky pro omega = omega[0]  pro tuto volbu.

>    n1:=solve(subs(a=1.,b=1,numer(P_T1)));

>    n2:=solve(subs(a=0.77,b=10,numer(P_T1)));

>    p1:=solve(subs(a=1.,b=1,denom(P_T1)));

>    p2:=solve(subs(a=0.77,b=10,denom(P_T1)));

n1 := -1., -1.

n2 := -.1149350649+.3415553553*I, -.1149350649-.3415553553*I

p1 := -.3819660112, -2.618033989

p2 := -.9029571199e-1, -1.438275717

>   

Závislosti pro a=b=0.5, 1 a 2

>   

Následuje analýza T-článku k minulého příkladu, kde jsou však prohozeny rezistory za kapacitory a naopak. Ukáže se, že chování článku je však identické.

To samé, ale změněny C za R a naopak

>