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读懂波特图中的幅值与相位

计算一阶转折频率、分贝和有意义的测试频率。

描述比值,不是绝对电压

电压传递函数的分贝幅值为 20log⁡10∣H∣20\log_{10}|H|,H 是规定负载下输出电压与输入电压之比。电压比 2 为 6.0206 dB,电压比 0.1 为 −20 dB。系数 10 用于功率比。混用两种约定会使绘图结果加倍或减半。

无负载、输出取电容两端的 RC 低通具有 H(jω)=1/(1+jωRC)H(j\omega)=1/(1+j\omega RC)。转折频率为 fc=1/(2πRC)f_c=1/(2\pi RC)。设 R = 10 kΩ、C = 100 nF,得到 fc = 159.154943 Hz。fc 处幅值为 1/√2 = 0.707107,即 −3.0103 dB,相位为 −45°。转折频率并不是输出突然消失的位置。

三个有用检查点

频率幅值增益相位
0.1 fc0.995037−0.043214 dB−5.710593°
fc0.707107−3.010300 dB−45°
10 fc0.099504−20.043214 dB−84.289407°

远高于转折频率时,一阶响应趋近每十倍频程 −20 dB 的斜率。这个渐近线有助于草图,但不是 fc 附近的精确曲线。高频相位趋于 −90°。对数频率间隔使低频通带和高频衰减都易于阅读。

模型必须保留负载

如果在电容两端接入 10 kΩ 负载,直流增益为 0.5,极点使用 5 kΩ 乘 C。因此极点处绝对输出为 0.5/√2,而不是 0.707107。“−3 dB 点”通常表示低于通带增益 3 dB,因此要明确参考。

计划交流扫描,至少覆盖目标转折频率附近两个十倍频程,再加入精确检查频率。宽扫描展示形状;精确点支持数值验收。同时比较幅值和相位,因为选错节点可能在某个频率下意外产生看似合理的幅值。

自己试试

低通的直流增益为 4。其一阶极点处幅值和绝对分贝增益是多少?

阅读解释

幅值为 4/√2 = 2.828427。绝对增益为 20 log10(4) − 3.0103 = 9.0309 dB;比 12.0412 dB 通带低 3.0103 dB。

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