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解釋波特圖中的相位
電抗電路需要仔細(xì)分析，以確定它們?nèi)绾闻c不同頻率的信號(hào)相互作用。在用于理解電抗電路的各種工具中，主要工具是波特圖。這個(gè)簡單的圖只是對(duì)數(shù)刻度上電路的傳遞函數(shù)，但是此圖的兩個(gè)部分告訴您有關(guān)信號(hào)行為的重要信息。
在濾波器或放大器中，波特圖中的相位曲線表示輸入信號(hào)與輸出信號(hào)之間的分離，當(dāng)我們考慮電路中反饋的作用時(shí)，這一點(diǎn)變得非常重要。然而，在波特圖中，相位的一個(gè)經(jīng)常未被考慮的方面是它對(duì)穩(wěn)定性的影響，這在負(fù)反饋放大器中會(huì)出現(xiàn)。為了更好地了解Bode圖中的相位對(duì)您的電路的影響，讓我們簡要分析這些系統(tǒng)，并展示如何在Bode圖中的相位曲線中確定重要的數(shù)量。
波特圖中的重要相位點(diǎn)
一個(gè)波特圖是一個(gè)簡單的方法來顯示在一些重要的信息傳遞功能的線性時(shí)不變（LTI）系統(tǒng)。簡而言之，可以使用伯德圖總結(jié)任何LTI系統(tǒng)的頻率響應(yīng)。人們?cè)?span>Bode圖中找到的信息取決于以下幾個(gè)因素：
電路類型：濾波器和放大器相似，但根據(jù)電路拓?fù)湟约笆欠袷褂糜性丛赡軙?huì)產(chǎn)生略有不同的影響。
反饋的存在：如果電路中存在反饋，則電路可能過渡到不穩(wěn)定狀態(tài)。可以通過查看波特圖的大小和相位來確定這一點(diǎn)。
極點(diǎn)或零點(diǎn)的存在：這些頻率分別在波德圖幅值曲線中顯示為峰和谷，并且相位曲線可能會(huì)通過這些頻率的某些點(diǎn)。
由于濾波器和放大器遵循類似的想法，因此有助于查看這兩種類型的電路，以了解波特圖相位曲線中包含哪些信息。
高通和低通濾波器
下圖顯示了一階低通濾波器的波特圖（頂部：幅度，底部：相位）。相位圖顯示了當(dāng)源頻率開始進(jìn)入截止區(qū)域時(shí)相移如何發(fā)展。在此，當(dāng)波特圖中的相移為45度時(shí)，幅度曲線將通過大約-3 dB。對(duì)于高通濾波器，可以看到相同的特性，盡管幅度曲線會(huì)顛倒。
一階低通濾波器的幅值和相位（波德圖）。
當(dāng)查看這些濾波器時(shí)，我們通常關(guān)注幅度曲線，因?yàn)樗鼘⒕哂袠?biāo)準(zhǔn)的滾降值和45度相移點(diǎn)處的衰減。對(duì)于上面顯示的一階低通濾波器，幅度曲線在45度相移時(shí)具有標(biāo)準(zhǔn)的-20 dB /十倍頻降和-3 dB衰減。對(duì)于N級(jí)濾波器，其中N個(gè)濾波器級(jí)串聯(lián)在一起，這些滾降和衰減值將乘以N。
對(duì)于無源濾波器電路，這基本上總結(jié)了波特圖中的要點(diǎn)。具有多個(gè)截止級(jí)的更復(fù)雜的濾波器也可以類似的方式進(jìn)行分析。在存在反饋的放大器電路中，波特圖的相位曲線中還包含其他信息，需要確保放大器穩(wěn)定性。
運(yùn)算放大器
在具有負(fù)反饋的運(yùn)算放大器電路中，我們可以確定放大器可能在哪個(gè)頻率下被不穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)。如果反饋環(huán)路中的相位偏移180度，則系統(tǒng)中的反饋會(huì)從負(fù)反饋切換為正反饋，反饋會(huì)從負(fù)反饋切換為正反饋，并且放大器將開始振蕩。最終，輸出將飽和，輸出信號(hào)將被嚴(yán)重削波（這是在比較器電路中發(fā)生的情況）。
可以通過查看Bode圖中的幅度和相位來總結(jié)向不穩(wěn)定性的過渡。當(dāng)圖中有一個(gè)具有正增益和180度相移的區(qū)域時(shí)，由于反饋已從負(fù)變?yōu)檎敵鰧⒆兊貌环€(wěn)定。負(fù)反饋運(yùn)算放大器電路的示例如下所示。度量“增益裕度”和“相位裕度”通常用于定義放大器電路何時(shí)變得不穩(wěn)定。這些在下面的示例中說明。
波特圖的幅值和相位用于穩(wěn)定和不穩(wěn)定的放大器電路。
電路設(shè)計(jì)期間的波特圖模擬
無論您是要設(shè)計(jì)濾波器，放大器，匹配網(wǎng)絡(luò)還是其他電路，使用的電路設(shè)計(jì)工具都可以幫助您保持高效。當(dāng)需要生成波特圖時(shí)，電路設(shè)計(jì)工具應(yīng)包括帶有掃頻仿真的SPICE仿真器。SPICE仿真器可以掃描一系列頻率來計(jì)算電路中每個(gè)網(wǎng)絡(luò)的電壓和電流。然后可以在標(biāo)準(zhǔn)的波特圖中顯示時(shí)域中每個(gè)頻率的結(jié)果，以供進(jìn)一步分析。
零極點(diǎn)分析可以立即在Bode圖中找出關(guān)鍵點(diǎn)的相關(guān)模擬。該計(jì)算將給出產(chǎn)生共振（稱為極點(diǎn)）和總衰減（稱為零）的頻率。該技術(shù)的優(yōu)勢在于它還返回了每個(gè)頻率的衰減常數(shù)，從而描述了時(shí)域中的瞬態(tài)響應(yīng)。