
【電】 poles of a network function
在網絡函數分析中,"極點"(英文:pole of network function)指線性系統中傳遞函數分母多項式根對應的複頻率點,該概念在電路理論和控制系統領域具有核心地位。根據《現代電子電路分析》(高等教育出版社)定義,極點揭示了系統固有振蕩模式及穩定性邊界條件。
數學層面,網絡函數通常表示為複變量s的有理函數: $$ H(s) = frac{N(s)}{D(s)} $$ 其中D(s)=0的解即為極點,其坐标位置包含三個關鍵參數:
從工程實踐角度,IEEE電路與系統期刊指出極點分布直接影響系統動态響應:左半平面極點對應衰減模式,右半平面則引發系統失穩。在濾波器設計中,巴特沃斯逼近法通過極點等角度分布實現最大平坦特性,切比雪夫濾波器則利用極點橢圓分布獲得更陡峭過渡帶。
麻省理工學院公開課程強調,極點與零點構成的根軌迹圖是判斷放大器穩定性的核心工具,具體表現為相位裕度與增益裕度的幾何關系。實際工程中,運算放大器補償網絡正是通過調整極點位置來消除自激振蕩。
網絡函數的極點是線性系統分析中的核心概念,主要描述系統動态特性與穩定性。以下從數學定義、物理意義和系統影響三個層面詳細解釋:
網絡函數(傳遞函數)通常表示為輸出與輸入信號的拉普拉斯變換之比: $$ H(s) = frac{Y(s)}{X(s)} = frac{N(s)}{D(s)} $$ 其中,極點是分母多項式 ( D(s) = 0 ) 的根。例如,若 ( D(s) = s + 3s + 2 ),則極點通過解方程 ( s + 3s + 2 = 0 ) 得到,即 ( s = -1 ) 和 ( s = -2 )。
穩定性
動态響應特性
瞬态響應
每個極點對應沖激響應中的一個分量。例如,一階系統 ( H(s) = frac{1}{s+a} ) 的沖激響應為 ( e^{-at} ),極點 ( s = -a ) 決定衰減速度。
頻率響應
極點靠近虛軸時,系統在對應頻率處幅頻特性出現峰值(諧振),遠離虛軸則響應平坦。
穩定性判據
若所有極點均位于左半平面,系統穩定(如二階系統 ( H(s) = frac{1}{s+2zetaomega_n s+omega_n} ) 的極點需滿足 ( zeta > 0 ))。
傳遞函數為: $$ H(s) = frac{1}{RCs + 1} $$ 極點 ( s = -frac{1}{RC} ) 位于左半平面,對應穩定的指數衰減響應(如電容充電過程)。
極點的位置和性質直接決定了系統的動态行為與穩定性,是分析濾波器、控制系統和電路設計的重要工具。通過調整極點位置(如改變電路參數),可優化系統性能(如降低振蕩、加快響應)。
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