放大器或濾波器的頻率響應顯示輸出增益如何響應不同頻率的輸入信號

放大器和濾波器是廣泛使用的具有放大和濾波特性的電子電路因此，它們的名稱。

放大器產生增益，而濾波器改變電信號相對于其頻率的幅度和/或相位特性。由于這些放大器和濾波器在其設計中使用電阻器，電感器或電容器網絡（RLC），因此這些電抗元件的使用與電路頻率響應特性之間存在重要關系。

處理AC時電路假設它們以固定頻率工作，例如50Hz或60Hz。但是，線性交流電路的響應也可以用恒定幅度但具有變化頻率的交流或正弦輸入信號來檢查，例如在放大器和濾波器電路中發現的那些。然后，這允許使用頻率響應分析來研究這樣的電路。

電氣或電子電路的頻率響應使我們能夠準確地看到輸出增益（稱為幅度響應）和相位（稱為相位響應）在特定的單一頻率或從0Hz，（dc）到數千的不同頻率的整個范圍內變化兆赫茲，（MHz）取決于電路的設計特性。

一般來說，電路或系統的頻率響應分析是通過繪制其增益，即輸出信號的大小來表示的。其輸入信號，輸出/輸入與電路或系統預期工作的頻率范圍相對應。然后，通過了解每個頻率點的電路增益（或損耗），有助于我們了解電路在不同頻率信號之間的區別（或不良）。

給定頻率的頻率響應電路可以顯示為幅度（增益）與頻率（?）的圖形草圖。水平頻率軸通常以對數標度繪制，而表示電壓輸出或增益的垂直軸通常以十進制分度繪制為線性標度。由于系統增益可以是正的也可以是負的，因此y軸可以同時具有正值和負值。

在電子設備中，對數或簡稱“log”定義為必須提高基數以獲得該數字的功率。然后在波德圖上，對數x軸刻度以 log 10 分度漸變，因此每十倍頻率（例如，0.01,0.1,1,10,100） ，1000等，在x軸上等間隔。與對數相反的是反對數或“反對數”。

頻率響應曲線的圖形表示稱為波特圖，因此波德圖通常被認為是半 - 對數圖，因為一個標度（x軸）是對數而另一個（y軸）是線性的（log-lin圖），如圖所示。

頻率響應曲線

然后我們可以看到任何給定電路的頻率響應是其行為的變化與輸入信號頻率的變化，因為它顯示了頻段輸出（和增益）保持相當恒定的頻率。 ? L 和? H 之間的大小頻率范圍稱為電路帶寬。因此，我們能夠一目了然地確定給定頻率范圍內任何正弦輸入的電壓增益（以dB為單位）。

如上所述，伯德圖是頻率響應的對數表示。大多數現代音頻放大器具有平坦的頻率響應，如上所示，在20 Hz至20 kHz的整個音頻范圍內。音頻放大器的這個頻率范圍稱為帶寬（BW），主要由電路的頻率響應決定。

頻率點? L 和? H 與下角或截止頻率有關，上角或截止頻率點分別為電路增益從高處下降和低頻率。頻率響應曲線上的這些點通常稱為-3dB（分貝）點。所以帶寬簡單地給出如下：

分貝，（dB）是1/10 是用于測量增益的常見非線性單位，定義為 20log 10 （A）其中 是十進制增益，繪制在y軸上。零分貝（0dB）對應于單位的幅度函數，給出最大輸出。換句話說，當 Vout = Vin 時會出現0dB，因為在此頻率級別沒有衰減，并且給出如下：

我們從上面的Bode圖中看到，在兩個角落或截止頻率點，輸出從0dB下降到-3dB并繼續以固定速率下降。這種下降或增益的減小通常被稱為頻率響應曲線的滾降區域。在所有基本的單階放大器和濾波器電路中，該滾降率定義為20dB / decade，相當于6dB /倍頻程的速率。這些值乘以電路的順序。

這些-3dB轉角頻率點定義了輸出增益降至其最大值的70.71％的頻率。然后我們可以正確地說-3dB點也是系統增益降低到其最大值的0.707的頻率。

頻率響應-3dB點

-3dB點也稱為半功率點，因為此拐角頻率的輸出功率將是其最大0dB值的一半，如圖所示。

因此，在截止頻率下，輸出到負載的輸出功率有效“減半”，因此帶寬（BW）頻率響應曲線也可以定義為這兩個半功率點之間的頻率范圍。

對于電壓增益，我們使用 20log 10 （Av），對于當前增益 20log 10 （Ai），對于功率增益，我們使用 10log 10 （ AP） 。注意，乘法因子20并不意味著它是10的兩倍，因為分貝是功率比的單位而不是實際功率水平的度量。 dB的增益也可以是正的或負的，正值表示增益，負值衰減。

然后我們可以在下表中呈現電壓，電流和功率增益之間的關系。

分貝增益等價

分貝示例e No1運算放大器可以具有開環電壓增益，（ A VO ）超過1,000,000或100dB。

如果電子系統在施加12mV信號時產生24mV輸出電壓，則計算系統輸出電壓的分貝值。

分貝示例No2

如果音頻放大器的輸出功率在信號頻率為1kHz時測量為10W，而在信號頻率為10kHz時測量為1W。計算功率的dB變化。

頻率響應摘要

在本教程中，我們已經看到了頻率范圍電子電路工作的是由其頻率響應決定的。器件或電路的頻率響應通過顯示其增益或其允許的信號量隨頻率變化來描述其在指定信號頻率范圍內的操作。

波特圖是圖形表示電路頻率響應特性因此可用于解決設計問題。通常，電路增益幅度和相位函數使用沿x軸的對數頻率刻度顯示在單獨的圖形上。

帶寬是電路在其上下切割之間工作的頻率范圍 - 關閉頻率點。這些截止或拐角頻率點表示與輸出相關的功率下降到其最大值的一半的頻率。這些半功率點對應于相對于其最大dB值的3dB增益（0.7071）的下降。

大多數放大器和濾波器具有平坦的頻率響應特性，其中電路的帶寬或通帶部分是在很寬的頻率范圍內保持平坦且恒定。諧振電路設計用于通過一系列頻率并阻止其他頻率。它們使用電阻，電感和電容構建，其電抗隨頻率變化，它們的頻率響應曲線看起來像一個急劇的上升或點，因為它們的帶寬受共振的影響，這取決于諧振的 Q 。電路，作為更高的 Q 提供更窄的帶寬。