从零开始学电子之基础篇

wb61850 · 发表于 2010-3-26 01:30:46

“构成这个系统的元件是线性非时变的”这怎样理解呢？
就是说，线圈的电感量L、电容器的电容量C或者电阻器的电阻值R都是不随电压或电流变化的，也不随时间变化。或者我们用“恒参”来描述也是可以的

wb61850 · 发表于 2010-3-26 01:33:55

“系统”这个概念是很笼统的

小到一个原子（甚至更小）大到整个宇宙（还有更大的吗？

），都可以说是系统。
当然，对于我们要研究的对象来说，这个“对象”就是一个系统。那么这个对象是什么，有多大，等等，要看你研究的是什么了。可以是一个电感或电阻，也可以是由很多元件组成的网络或者是其它什么东东。
比方说一座桥梁、一个人或者是一只苍蝇等等都是系统

wb61850 · 发表于 2010-3-26 01:57:59

这个图和上个图有什么不同呢？
大家可能看出来了，其实也没有什么不同。就是加了一个正弦电源，网络标号也变了一下，用in表示输入网络，用out表示输出网络

正弦量的三要素请大家明确：振幅、频率和初相位（相位）。例如上面的这个正弦电压源它的振幅是1V，频率是1KHz，初始相位为0度。

wb61850 · 发表于 2010-3-26 01:59:56

“RL”是负载电阻，这个东东是很重要的哦

wb61850 · 发表于 2010-3-26 02:07:13

“相位”这个概念大家可能有点含糊

其实重要的并不是相位而是“相位差”。
相位差是一个比较的概念，是两个同频率正弦量之间相位的差值。

wb61850 · 发表于 2010-3-26 02:14:20

这是一个延迟时间为1毫秒，频率为1000Hz，振幅为1V，初始相位为0度的正弦电压的波形

wb61850 · 发表于 2010-3-26 02:30:22

这个图中，红色信号与上图相同，蓝色信号波形与红色信号波形有近-180度的相位差（接近于反相），它们的频率是相同的，幅度也一样（不过是蓝色信号有点过渡过程

）。

wb61850 · 发表于 2010-3-26 02:46:12

大家可以看出上面这两个信号的差别吗

最主要的不同在于它们之间的相位不同。或者我们可以说，它们的“瞬时值”不同，因为它们的相位不同。

wb61850 · 发表于 2010-3-26 02:51:29

为什么我们要强调“相位”呢？
因为系统论中的一个重要的概念——“相频特性”或“相位响应”

人的听觉对所谓的“相位失真”是不敏感的，而人的视觉对相位失真是敏感的。所以当系统存在比较大的相位失真时，会引起图象的“重影”。
因此大家要对“相位”这个概念引起重视。

wb61850 · 发表于 2010-3-26 03:00:07

我们再回到163楼的电路中去

现在，我们进行所谓的“频率扫描”。也就是说把正弦电源变成频率随时间线性变化的正弦电压源。然后测量其输出网络out的“幅频响应”和“相频响应”。

wb61850 · 发表于 2010-3-26 03:03:44

我们来观察一下该网络的“相频响应”（相频曲线），当然这是在上述的频率可变的正弦电压源的激励下得到的。

wb61850 · 发表于 2010-3-26 03:29:45

好的，大家看到了吧

在这个图中，横坐标轴代表频率，它的单位是Hz（赫兹），它是由0线性增大的。纵坐标代表相位，它的单位是“度”（在这里不是弧度）。
蓝色信号线代表输入信号in（激励信号）的相位，它始终是0度，不随频率变化。反应在图中就是一条水平直线。
红色信号线代表响应信号out（输出信号）的相位，显然它是变化的，并且是按照非线性的规律变化的（不是一条直线）。
两个相位信号之间的差值就是它们之间的相位差。
从图中可以看出，在频率比较低时，它们之间的相位差接近0度。随着频率的升高，相位差趋于负的180度（输出信号与输入信号反相）。
大家还可以看出，在某个频率段相位差的变化是比较剧烈的（红色曲线变化剧烈的部分）。

wb61850 · 发表于 2010-3-26 03:41:36

那么这样的相位频率曲线是理想的吗？

当然不是了。为什么呢？
理想的相位频率曲线应该在其通带内是一条直线（具有一定的斜率）。这样的理想相频特性意味着系统具有与频率成正比例的线性相位移，这样的系统才不会发生“相位失真”。
当然，我们是针对上面的这个相位图来说的，并不针对具体的系统。

wb61850 · 发表于 2010-3-26 04:13:15

那么大家可能要问了“能不能看到有相位失真时的波形呢？”

wb61850 · 发表于 2010-3-26 04:59:53

这个红色信号是一个调频信号波形，假设它是输入信号（激励信号）。
说明一下，这个调频输入信号的的载波频率为5KHz，调制频率为100Hz，调频指数为50。也就是说，它包含从100Hz到10KHz的以100Hz为步进的频率成分。例如100Hz，200Hz......10KHz。
或者说这个信号是由上述频率的正弦信号组合而成的。
对不起，该信号中不包含直流成分。在此改过来

wb61850 · 发表于 2010-3-26 05:02:35

那么我们让这个信号通过一个无相位失真的网络（例如纯电阻网络）后，观测输出信号的波形，并与输入信号相比较

结果会怎样呢？

wb61850 · 发表于 2010-3-26 05:10:58

这就是比较的结果，蓝色的输出信号波形与红色的输入信号波形完全重合（红色的输入信号被覆盖）。表明输出信号与输入信号之间既没有幅度上的差异，也没有相位上的差异。当然，在这里我们着重于相位失真的问题。即信号通过无相位失真的网络（或系统）后，只是有一定的时间延迟（在这个图中没有显示出来）而没有任何波形的差异。或者说它们可以完全重合（通过移动其中一个波形在时间轴上的位置）。

wb61850 · 发表于 2010-3-26 05:15:58

经过放大后可以看出它们在幅度上还是些微小的差异的，这是纯电阻网络的参数决定的。

wb61850 · 发表于 2010-3-26 05:19:55

那么我们在看看有相频失真时的情形吧

wb61850 · 发表于 2010-3-26 05:42:36

我们就让这个调频信号通过一个全通网络（或全通系统），然后比较一下输出信号与输入信号的差异吧

所谓的“全通网络”是指对不同频率信号的衰减均为零，只是相位移不同。
请大家注意，这种全通特性与负载电阻的取值有很大关系，只有当负载电阻很大时才接近这种特性。
还有一点需要注意，这个网络的输出是“差动输出”（负载电阻两端均不接地）。
也就是说，这里的输出信号Vout=Vout1-Vout2。