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ボード線図の振幅と位相を読む

一次のコーナー、デシベル、意味あるテスト周波数を計算します。

絶対電圧ではなく比

電圧伝達関数のデシベル振幅は20log⁡10∣H∣20\log_{10}|H|で、Hは指定負荷での出力電圧/入力電圧です。比2は6.0206 dB、0.1は−20 dBです。係数10は電力比用です。混ぜるとプロット値が倍または半分になります。

C両端を出力とする無負荷RCローパスはH(jω)=1/(1+jωRC)H(j\omega)=1/(1+j\omega RC)です。コーナー周波数fc=1/(2πRC)f_c=1/(2\pi RC)です。R = 10 kΩ、C = 100 nFならfc = 159.154943 Hzです。fcで振幅1/√2 = 0.707107、−3.0103 dB、位相−45°です。コーナーは出力が突然消える点ではありません。

有用な3検査点

周波数振幅利得位相
0.1 fc0.995037−0.043214 dB−5.710593°
fc0.707107−3.010300 dB−45°
10 fc0.099504−20.043214 dB−84.289407°

コーナーより十分上では一次応答は1ディケードあたり−20 dBへ近づきます。概略図に有用な漸近線で、fc付近の正確な曲線ではありません。高周波の位相は−90°へ近づきます。対数周波数間隔で低周波通過帯域と高周波減衰の両方が読みやすくなります。

負荷をモデルに残す

C両端に10 kΩ負荷を置くとDC利得0.5、極は5 kΩとCで決まります。極での絶対出力は0.707107でなく0.5/√2です。「−3 dB点」は通常通過帯域利得より3 dB低いという意味なので基準を示します。

意図するコーナーの周り少なくとも2ディケードでAC掃引を計画し、正確な検査周波数を追加します。広い掃引は形状、正確な点は数値合否を支えます。誤った節点でも1周波数の振幅がもっともらしく見えることがあるため、振幅と位相を一緒に比較します。

自分で考えてみましょう

DC利得4のローパスで、一次極での振幅と絶対dB利得は何ですか。

解説を見る

振幅は4/√2 = 2.828427です。絶対利得は20 log10(4) − 3.0103 = 9.0309 dBで、通過帯域12.0412 dBより3.0103 dB低い値です。

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