接触波特图也十来年了。我始终处于时懂时不懂的状态。记得最牢的一段内容:右半平面零点,幅频曲线在零点频率附近开始以20dB每10倍频地增加;相位曲线在0.1倍零点频率附近开始增加,到零点频率附近增加了45度,到10倍零点频率附近增加了90度,此后相位保持不变;右半平面极点,幅频曲线在极点频率附近开始以20dB每10倍频地降低;相位曲线在0.1倍极点频率附近开始减小,到极点频率附近减小了45度,到10倍极点频率附近减小了90度,此后相位保持不变。
今日这篇文章,我来简单推导幅频曲线,保证你看一遍就会了,我想是这样。一个系统可以用传输函数来表征,我们又可以采用幅频特性和相频特性来分析传输函数。
先看单一零点的传输函数,假设直流增益为1,见图1所示。这个传输函数在频率为零时,增益为1;频率在零点处,增益为根号2,或者说3dB;频率在10倍零点频率处,增益为10,或者说20dB;频率在100倍零点频率处,增益为100,或者说40dB.事实上,从低频到零点频率再到10倍零点频率,增益由原来的0dB增加至3dB,再增加至20dB.此后才是按上述的规律,每10倍频增加20dB.
图1:单一零点传输函数的幅频特性
图2为单一极点的传输函数,同样假设直流增益为1.与图1类似,这个传输函数在频率为零时,增益为1;频率在极点处,增益为根号2分之一,或者说-3dB;频率在10倍极点频率处,增益为1/10,或者说-20dB;频率在100倍极点频率处,增益为1/100,或者说-40dB.事实上,从低频到极点频率再到10倍极点频率,增益由原来的0dB降低至-3dB,再降低至-20dB.此后才是按上述的规律,每10倍频减小20dB.
图2:单一零点传输函数的幅频特性
接下来,来看零点和极点组合的情况,极点频率为10倍零点频率,同样假设直流增益为1,见图3.这个传输函数在频率为零时,增益为1;频率在零点处,增益约等于根号2,或者说3dB;频率在极点处,增益为10除以根号2,或者说17dB;在10倍极点频率处,增益为10,或者说20dB,此后不管频率怎么变,增益均保持不变.总结一下,从低频到零点频率,到极点频率,再到10倍极点频率,增益由原来的0dB增加至3dB,增加至17dB,再增加至20dB,此后才是按照俗说的规律零点和极点的作用相互抵消。
图3:简单零极点组合的传输函数的幅频特性
最后,来看一个难度大一些的零点和极点组合的情况,极点频率为2.4倍零点频率,同样假设直流增益为1,见图4.这个传输函数在频率为零时,增益为1;频率在零点处,增益约等为根号2除以1.08,或者说2.3dB;频率在极点处,增益约等于2.6除以根号2,或者说5.3dB;在10倍极点频率处,增益为2.4,或者说7.6dB,此后不管频率怎么变,增益均保持不变.总结一下,从低频到零点频率,到极点频率,再到10倍极点频率,增益由原来的0dB增加至2.3dB,增加至5.3dB,再增加至7.6dB.此后才是按照俗说的规律零点和极点的作用相互抵消。而此前零点和极点相互影响,不再是简单的每10倍频增加或减小20dB.
图4:较复杂零极点组合的传输函数的幅频特性
有没有发现一个规律呢?当频率大于10倍极点频率,增益为极点与零点的倍数关系。