基础|电路波特图与极点、零点介绍

面包板社区 2022-03-18 20:00

从放大器失调电压、偏置电流、共模抑制比,电源抑制比到开环增益,在直流或者低频率范围内,影响放大器信号调理的参数已经介绍完成。期间没有单独介绍基础理论,默认诸位工程师已经掌握同相、反相等基础放大电路,“虚短、虚断”等放大器基础特性,以及基尔霍夫、诺顿等电路分析基础。但是在介绍增益带宽积、相位裕度与增益裕度,输入阻抗特性、输出阻抗特性、容性负载驱动能力等参数之前,笔者考虑再三决定增加本篇内容,回顾分析这些参数的方式——波特图。以及极点与零点在波特图中的性质。后续相关参数的解析中将直接使用本篇内容的零点、极点的特性。


交流信号处理电路中,信号的频率范围较宽,从赫兹级到千赫兹,甚至兆赫兹级,信号增益涵盖几十倍到千、万倍。此时常常使用波特图缩短坐标扩大视野,方便数据分析。波特图由幅频波特图、相频波特图两部分组成。幅频波特图表示电压增益随频率的变化情况,其中Y轴为电压增益的对数形式(20lgG),X轴为频率或者频率的对数形式lgf。相频波特图是相位(θ)随频率的变化情况。Y轴是相位,X轴为频率。


以直流增益为100dB的单极点系统为例,幅频波特图如图2.89(a),X轴是Hz为单位的频率,Y轴是以dB为单位的增益。信号频率小于100Hz时,电路增益为常数100dB,信号频率高于100Hz时,电路增益随信号频率增加而下降,速度为-20dB/十倍频,或者-6dB/倍频。在100Hz处电压增益出现转折该处称为极点。极点处的增益下降3dB。


图 2.89 100dB增益单极点系统波特图示例


如图2.89(b),相频波特图:X轴是以Hz为单位的频率,Y轴是以度为单位的相位。初始相位是0°,极点fp处的相位是-45°。在0.1倍fp至10倍fp范围内,相位从-5.7°变为-84.3°,变化速度为-45°/十倍频。频率高于10KHz的相位是-90°。


真实电路中,单极点电路由一阶RC电路组成。如图2.90,电阻R1为100Ω,电容C1为1μf,传递函数为式2-57。 

    式中:

    将R1,C1参数带入式2-60式,计算fp为1.59KHz。


图2.90 RC单极点电路


使用LTspice对RC电路进行AC分析,结果如图2.91。信号频率小于100Hz时电容C1相当于断路,电路增益为0dB。到达极点频率1.596KHz时,增益电路为-3.025dB,其对应相位是-45°。频率大于1.596KHz时,电容的阻抗与频率成反比,增益按每十倍频衰减20dB。159.63Hz时相位是-5.86°,15.96KHz时相位是-84.55°。


图2.91 单极点RC电路波特图AC分析结果


单零点系统的幅频波特图,如图2.92(a)。X轴是以Hz为单位的频率,Y轴是以dB为单位的增益。频率小于100Hz时,增益为0dB。频率高于100Hz时,增益随频率增加而上升,速度为+20dB/十倍频,或者+6dB/倍频。在100Hz处增益出现转折点,称为零点。在零点频率处的实际增益相比直流增益增加3dB。   

图 2.92 单零点系统波特图示例


如图2.92(b)为相频波特图,X轴是以Hz在为单位的频率,Y轴以度为单位的相位。初始相位是0°,在零点fz频率处相位是+45°。在0.1倍fz至10倍fz范围内,相位从+5.7°到+84.3°,以+45°/十倍频变化。频率高于10KHz的相位是+90°。


需要注意实际电路中不存在单零点电路,如图2.93,是包含一个极点与一个零点的电路,传递函数为式2-61。

    其中,电路的直流增益为式2-62,极点频率为式2-63,零点频率为式2-64。


将图2.93中R1、R2、C1参数分别代入式2-63计算极点频率为159.15Hz,代入式2-64计算零点频率为16.07KHz,代入式2-62计算直流增益为-40.086dB。

图2.93 零点-极点组合电路系统


AC分析结果如图2.94,在低频段C1相当于断路,电路的增益为R1与R2分压产生,即增益为-40.057dB,初始相位为0°。随着频率的增加产生相移,当频率达到161.4515Hz的零点(fz)频率处,相位是+45°电路增益为-37.14dB。当频率超过零点频率时,电路增益以+20dB/十倍频变化。


频率达到极点(fP)16.17KHz时,电路增益为-2.996dB。频率高于极点频率时,增益的变化为-20dB/十倍频,抵消高于零点频率的增益变化。由于零点位于161.4515Hz,其相位是+45°,零点十倍频处(1.59KHz)的相位接近80°。而极点频率为16.17KHz,从1.617KHz处开始,相位以-45°/十倍频变化,所以极点处相位是+45°。


频率高于200KHz,C1相当于短路电路增益为0dB,其相位为0°。


图2.94零点-极点组合电路AC分析结果


在波特中图每出现一个极点,电路的幅频特性就会在极点频率之后,增益会按照20dB/十倍频率衰减。在极点频率前后各十倍频率范围内,相位减少90°。通过开环增益与频率图可以看到通常放大器内部至少具有一个极点。所以它会在使用增益带宽积参数中会体现对指定闭环增益的带宽评估时产生影响。


更重要的是使用相位裕度或增益裕度参数评估电路稳定性;在跨阻放大电路中结合放大器输入阻抗特性参数与传感器等效电容评估电路稳性;在输出阻抗特性分析,尤其是放大器驱动容性负时电路稳定性分析,不外乎是由于电路中极点数量增加导致电路不稳定,甚至振荡。改善的方法是在电路中增加一个零点进行补偿。

END
点击下方“面包板社区”,选择“置顶/星标公众号”

电子技术干货,第一时间送达

  • 220V灯串电路原理原来是这样的!

  • 国产MCU,王牌对王牌

  • 电视机的按键功能是用什么电路实现的?经典ADC按键电路

  • 小小的电蚊拍居然有这么多个基础电路,你能看懂几个?

  • 220V灯串电路原理原来是这样的!

  • 别小看不起眼的电阻,里面大有学问!

面包板社区 面包板社区——中国第一电子人社交平台 面包板社区是Aspencore旗下媒体,整合了电子工程专辑、电子技术设计、国际电子商情丰富资源。社区包括论坛、博客、问答,拥有超过250万注册用户,加入面包板社区,从菜鸟变大神,打造您的电子人脉社交圈!
评论
  • Ubuntu20.04默认情况下为root账号自动登录,本文介绍如何取消root账号自动登录,改为通过输入账号密码登录,使用触觉智能EVB3568鸿蒙开发板演示,搭载瑞芯微RK3568,四核A55处理器,主频2.0Ghz,1T算力NPU;支持OpenHarmony5.0及Linux、Android等操作系统,接口丰富,开发评估快人一步!添加新账号1、使用adduser命令来添加新用户,用户名以industio为例,系统会提示设置密码以及其他信息,您可以根据需要填写或跳过,命令如下:root@id
    Industio_触觉智能 2025-01-17 14:14 54浏览
  • 本文介绍瑞芯微开发板/主板Android配置APK默认开启性能模式方法,开启性能模式后,APK的CPU使用优先级会有所提高。触觉智能RK3562开发板演示,搭载4核A53处理器,主频高达2.0GHz;内置独立1Tops算力NPU,可应用于物联网网关、平板电脑、智能家居、教育电子、工业显示与控制等行业。源码修改修改源码根目录下文件device/rockchip/rk3562/package_performance.xml并添加以下内容,注意"+"号为添加内容,"com.tencent.mm"为AP
    Industio_触觉智能 2025-01-17 14:09 53浏览
  • 实用性高值得收藏!! (时源芯微)时源专注于EMC整改与服务,配备完整器件 TVS全称Transient Voltage Suppre,亦称TVS管、瞬态抑制二极管等,有单向和双向之分。单向TVS 一般应用于直流供电电路,双向TVS 应用于电压交变的电路。在直流电路的应用中,TVS被并联接入电路中。在电路处于正常运行状态时,TVS会保持截止状态,从而不对电路的正常工作产生任何影响。然而,一旦电路中出现异常的过电压,并且这个电压达到TVS的击穿阈值时,TVS的状态就会
    时源芯微 2025-01-16 14:23 170浏览
  • 一个易用且轻量化的UI可以大大提高用户的使用效率和满意度——通过快速启动、直观操作和及时反馈,帮助用户快速上手并高效完成任务;轻量化设计则可以减少资源占用,提升启动和运行速度,增强产品竞争力。LVGL(Light and Versatile Graphics Library)是一个免费开源的图形库,专为嵌入式系统设计。它以轻量级、高效和易于使用而著称,支持多种屏幕分辨率和硬件配置,并提供了丰富的GUI组件,能够帮助开发者轻松构建出美观且功能强大的用户界面。近期,飞凌嵌入式为基于NXP i.MX9
    飞凌嵌入式 2025-01-16 13:15 211浏览
  • 日前,商务部等部门办公厅印发《手机、平板、智能手表(手环)购新补贴实施方案》明确,个人消费者购买手机、平板、智能手表(手环)3类数码产品(单件销售价格不超过6000元),可享受购新补贴。每人每类可补贴1件,每件补贴比例为减去生产、流通环节及移动运营商所有优惠后最终销售价格的15%,每件最高不超过500元。目前,京东已经做好了承接手机、平板等数码产品国补优惠的落地准备工作,未来随着各省市关于手机、平板等品类的国补开启,京东将第一时间率先上线,满足消费者的换新升级需求。为保障国补的真实有效发放,基于
    华尔街科技眼 2025-01-17 10:44 159浏览
  • 80,000人到访的国际大展上,艾迈斯欧司朗有哪些亮点?感未来,光无限。近日,在慕尼黑electronica 2024现场,ams OSRAM通过多款创新DEMO展示,以及数场前瞻洞察分享,全面展示自身融合传感器、发射器及集成电路技术,精准捕捉并呈现环境信息的卓越能力。同时,ams OSRAM通过展会期间与客户、用户等行业人士,以及媒体朋友的深度交流,向业界传达其以光电技术为笔、以创新为墨,书写智能未来的深度思考。electronica 2024electronica 2024构建了一个高度国际
    艾迈斯欧司朗 2025-01-16 20:45 160浏览
  •  光伏及击穿,都可视之为 复合的逆过程,但是,复合、光伏与击穿,不单是进程的方向相反,偏置状态也不一样,复合的工况,是正偏,光伏是零偏,击穿与漂移则是反偏,光伏的能源是外来的,而击穿消耗的是结区自身和电源的能量,漂移的载流子是 客席载流子,须借外延层才能引入,客席载流子 不受反偏PN结的空乏区阻碍,能漂不能漂,只取决于反偏PN结是否处于外延层的「射程」范围,而穿通的成因,则是因耗尽层的过度扩张,致使跟 端子、外延层或其他空乏区 碰触,当耗尽层融通,耐压 (反向阻断能力) 即告彻底丧失,
    MrCU204 2025-01-17 11:30 127浏览
  • 现在为止,我们已经完成了Purple Pi OH主板的串口调试和部分配件的连接,接下来,让我们趁热打铁,完成剩余配件的连接!注:配件连接前请断开主板所有供电,避免敏感电路损坏!1.1 耳机接口主板有一路OTMP 标准四节耳机座J6,具备进行音频输出及录音功能,接入耳机后声音将优先从耳机输出,如下图所示:1.21.2 相机接口MIPI CSI 接口如上图所示,支持OV5648 和OV8858 摄像头模组。接入摄像头模组后,使用系统相机软件打开相机拍照和录像,如下图所示:1.3 以太网接口主板有一路
    Industio_触觉智能 2025-01-20 11:04 74浏览
  • 随着消费者对汽车驾乘体验的要求不断攀升,汽车照明系统作为确保道路安全、提升驾驶体验以及实现车辆与环境交互的重要组成,日益受到业界的高度重视。近日,2024 DVN(上海)国际汽车照明研讨会圆满落幕。作为照明与传感创新的全球领导者,艾迈斯欧司朗受邀参与主题演讲,并现场展示了其多项前沿技术。本届研讨会汇聚来自全球各地400余名汽车、照明、光源及Tier 2供应商的专业人士及专家共聚一堂。在研讨会第一环节中,艾迈斯欧司朗系统解决方案工程副总裁 Joachim Reill以深厚的专业素养,主持该环节多位
    艾迈斯欧司朗 2025-01-16 20:51 123浏览
  • 随着智慧科技的快速发展,智能显示器的生态圈应用变得越来越丰富多元,智能显示器不仅仅是传统的显示设备,透过结合人工智能(AI)和语音助理,它还可以成为家庭、办公室和商业环境中的核心互动接口。提供多元且个性化的服务,如智能家居控制、影音串流拨放、实时信息显示等,极大提升了使用体验。此外,智能家居系统的整合能力也不容小觑,透过智能装置之间的无缝连接,形成了强大的多元应用生态圈。企业也利用智能显示器进行会议展示和多方远程合作,大大提高效率和互动性。Smart Display Ecosystem示意图,作
    百佳泰测试实验室 2025-01-16 15:37 185浏览
  • 近期,智能家居领域Matter标准的制定者,全球最具影响力的科技联盟之一,连接标准联盟(Connectivity Standards Alliance,简称CSA)“利好”频出,不仅为智能家居领域的设备制造商们提供了更为快速便捷的Matter认证流程,而且苹果、三星与谷歌等智能家居平台厂商都表示会接纳CSA的Matter认证体系,并计划将其整合至各自的“Works with”项目中。那么,在本轮“利好”背景下,智能家居的设备制造商们该如何捉住机会,“掘金”万亿市场呢?重认证快通道计划,为家居设备
    华普微HOPERF 2025-01-16 10:22 190浏览
  • 电竞鼠标应用环境与客户需求电竞行业近年来发展迅速,「鼠标延迟」已成为决定游戏体验与比赛结果的关键因素。从技术角度来看,传统鼠标的延迟大约为20毫秒,入门级电竞鼠标通常为5毫秒,而高阶电竞鼠标的延迟可降低至仅2毫秒。这些差异看似微小,但在竞技激烈的游戏中,尤其在对反应和速度要求极高的场景中,每一毫秒的优化都可能带来致胜的优势。电竞比赛的普及促使玩家更加渴望降低鼠标延迟以提升竞技表现。他们希望通过精确的测试,了解不同操作系统与设定对延迟的具体影响,并寻求最佳配置方案来获得竞技优势。这样的需求推动市场
    百佳泰测试实验室 2025-01-16 15:45 261浏览
  • 百佳泰特为您整理2025年1月各大Logo的最新规格信息,本月有更新信息的logo有HDMI、Wi-Fi、Bluetooth、DisplayHDR、ClearMR、Intel EVO。HDMI®▶ 2025年1月6日,HDMI Forum, Inc. 宣布即将发布HDMI规范2.2版本。新规范将支持更高的分辨率和刷新率,并提供更多高质量选项。更快的96Gbps 带宽可满足数据密集型沉浸式和虚拟应用对传输的要求,如 AR/VR/MR、空间现实和光场显示,以及各种商业应用,如大型数字标牌、医疗成像和
    百佳泰测试实验室 2025-01-16 15:41 175浏览
我要评论
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦