放大器或濾波器的頻率響應(yīng)顯示輸出增益如何響應(yīng)不同頻率的輸入信號(hào)

放大器和濾波器是廣泛使用的具有放大和濾波特性的電子電路因此，它們的名稱。

放大器產(chǎn)生增益，而濾波器改變電信號(hào)相對(duì)于其頻率的幅度和/或相位特性。由于這些放大器和濾波器在其設(shè)計(jì)中使用電阻器，電感器或電容器網(wǎng)絡(luò)（RLC），因此這些電抗元件的使用與電路頻率響應(yīng)特性之間存在重要關(guān)系。

處理AC時(shí)電路假設(shè)它們以固定頻率工作，例如50Hz或60Hz。但是，線性交流電路的響應(yīng)也可以用恒定幅度但具有變化頻率的交流或正弦輸入信號(hào)來(lái)檢查，例如在放大器和濾波器電路中發(fā)現(xiàn)的那些。然后，這允許使用頻率響應(yīng)分析來(lái)研究這樣的電路。

電氣或電子電路的頻率響應(yīng)使我們能夠準(zhǔn)確地看到輸出增益（稱為幅度響應(yīng)）和相位（稱為相位響應(yīng)）在特定的單一頻率或從0Hz，（dc）到數(shù)千的不同頻率的整個(gè)范圍內(nèi)變化兆赫茲，（MHz）取決于電路的設(shè)計(jì)特性。

一般來(lái)說(shuō)，電路或系統(tǒng)的頻率響應(yīng)分析是通過(guò)繪制其增益，即輸出信號(hào)的大小來(lái)表示的。其輸入信號(hào)，輸出/輸入與電路或系統(tǒng)預(yù)期工作的頻率范圍相對(duì)應(yīng)。然后，通過(guò)了解每個(gè)頻率點(diǎn)的電路增益（或損耗），有助于我們了解電路在不同頻率信號(hào)之間的區(qū)別（或不良）。

給定頻率的頻率響應(yīng)電路可以顯示為幅度（增益）與頻率（?）的圖形草圖。水平頻率軸通常以對(duì)數(shù)標(biāo)度繪制，而表示電壓輸出或增益的垂直軸通常以十進(jìn)制分度繪制為線性標(biāo)度。由于系統(tǒng)增益可以是正的也可以是負(fù)的，因此y軸可以同時(shí)具有正值和負(fù)值。

在電子設(shè)備中，對(duì)數(shù)或簡(jiǎn)稱“l(fā)og”定義為必須提高基數(shù)以獲得該數(shù)字的功率。然后在波德圖上，對(duì)數(shù)x軸刻度以 log 10 分度漸變，因此每十倍頻率（例如，0.01,0.1,1,10,100） ，1000等，在x軸上等間隔。與對(duì)數(shù)相反的是反對(duì)數(shù)或“反對(duì)數(shù)”。

頻率響應(yīng)曲線的圖形表示稱為波特圖，因此波德圖通常被認(rèn)為是半 - 對(duì)數(shù)圖，因?yàn)橐粋€(gè)標(biāo)度（x軸）是對(duì)數(shù)而另一個(gè)（y軸）是線性的（log-lin圖），如圖所示。

頻率響應(yīng)曲線

然后我們可以看到任何給定電路的頻率響應(yīng)是其行為的變化與輸入信號(hào)頻率的變化，因?yàn)樗@示了頻段輸出（和增益）保持相當(dāng)恒定的頻率。 ? L 和? H 之間的大小頻率范圍稱為電路帶寬。因此，我們能夠一目了然地確定給定頻率范圍內(nèi)任何正弦輸入的電壓增益（以dB為單位）。

如上所述，伯德圖是頻率響應(yīng)的對(duì)數(shù)表示。大多數(shù)現(xiàn)代音頻放大器具有平坦的頻率響應(yīng)，如上所示，在20 Hz至20 kHz的整個(gè)音頻范圍內(nèi)。音頻放大器的這個(gè)頻率范圍稱為帶寬（BW），主要由電路的頻率響應(yīng)決定。

頻率點(diǎn)? L 和? H 與下角或截止頻率有關(guān)，上角或截止頻率點(diǎn)分別為電路增益從高處下降和低頻率。頻率響應(yīng)曲線上的這些點(diǎn)通常稱為-3dB（分貝）點(diǎn)。所以帶寬簡(jiǎn)單地給出如下：

分貝，（dB）是1/10 是用于測(cè)量增益的常見(jiàn)非線性單位，定義為 20log 10 （A）其中 是十進(jìn)制增益，繪制在y軸上。零分貝（0dB）對(duì)應(yīng)于單位的幅度函數(shù)，給出最大輸出。換句話說(shuō)，當(dāng) Vout = Vin 時(shí)會(huì)出現(xiàn)0dB，因?yàn)樵诖祟l率級(jí)別沒(méi)有衰減，并且給出如下：

我們從上面的Bode圖中看到，在兩個(gè)角落或截止頻率點(diǎn)，輸出從0dB下降到-3dB并繼續(xù)以固定速率下降。這種下降或增益的減小通常被稱為頻率響應(yīng)曲線的滾降區(qū)域。在所有基本的單階放大器和濾波器電路中，該滾降率定義為20dB / decade，相當(dāng)于6dB /倍頻程的速率。這些值乘以電路的順序。

這些-3dB轉(zhuǎn)角頻率點(diǎn)定義了輸出增益降至其最大值的70.71％的頻率。然后我們可以正確地說(shuō)-3dB點(diǎn)也是系統(tǒng)增益降低到其最大值的0.707的頻率。

頻率響應(yīng)-3dB點(diǎn)

-3dB點(diǎn)也稱為半功率點(diǎn)，因?yàn)榇斯战穷l率的輸出功率將是其最大0dB值的一半，如圖所示。

因此，在截止頻率下，輸出到負(fù)載的輸出功率有效“減半”，因此帶寬（BW）頻率響應(yīng)曲線也可以定義為這兩個(gè)半功率點(diǎn)之間的頻率范圍。

對(duì)于電壓增益，我們使用 20log 10 （Av），對(duì)于當(dāng)前增益 20log 10 （Ai），對(duì)于功率增益，我們使用 10log 10 （ AP） 。注意，乘法因子20并不意味著它是10的兩倍，因?yàn)榉重愂枪β时鹊膯挝欢皇菍?shí)際功率水平的度量。 dB的增益也可以是正的或負(fù)的，正值表示增益，負(fù)值衰減。

然后我們可以在下表中呈現(xiàn)電壓，電流和功率增益之間的關(guān)系。

分貝增益等價(jià)

分貝示例e No1運(yùn)算放大器可以具有開(kāi)環(huán)電壓增益，（ A VO ）超過(guò)1,000,000或100dB。

如果電子系統(tǒng)在施加12mV信號(hào)時(shí)產(chǎn)生24mV輸出電壓，則計(jì)算系統(tǒng)輸出電壓的分貝值。

分貝示例No2

如果音頻放大器的輸出功率在信號(hào)頻率為1kHz時(shí)測(cè)量為10W，而在信號(hào)頻率為10kHz時(shí)測(cè)量為1W。計(jì)算功率的dB變化。

頻率響應(yīng)摘要

在本教程中，我們已經(jīng)看到了頻率范圍電子電路工作的是由其頻率響應(yīng)決定的。器件或電路的頻率響應(yīng)通過(guò)顯示其增益或其允許的信號(hào)量隨頻率變化來(lái)描述其在指定信號(hào)頻率范圍內(nèi)的操作。

波特圖是圖形表示電路頻率響應(yīng)特性因此可用于解決設(shè)計(jì)問(wèn)題。通常，電路增益幅度和相位函數(shù)使用沿x軸的對(duì)數(shù)頻率刻度顯示在單獨(dú)的圖形上。

帶寬是電路在其上下切割之間工作的頻率范圍 - 關(guān)閉頻率點(diǎn)。這些截止或拐角頻率點(diǎn)表示與輸出相關(guān)的功率下降到其最大值的一半的頻率。這些半功率點(diǎn)對(duì)應(yīng)于相對(duì)于其最大dB值的3dB增益（0.7071）的下降。

大多數(shù)放大器和濾波器具有平坦的頻率響應(yīng)特性，其中電路的帶寬或通帶部分是在很寬的頻率范圍內(nèi)保持平坦且恒定。諧振電路設(shè)計(jì)用于通過(guò)一系列頻率并阻止其他頻率。它們使用電阻，電感和電容構(gòu)建，其電抗隨頻率變化，它們的頻率響應(yīng)曲線看起來(lái)像一個(gè)急劇的上升或點(diǎn)，因?yàn)樗鼈兊膸捠芄舱竦挠绊懀@取決于諧振的 Q 。電路，作為更高的 Q 提供更窄的帶寬。