在滤波器和放大器设计中生成和理解波德图

想象一下这样的场景:一个10岁的孩子刚在生日那天收到了他的第一把带有放大器的芬达电吉他，然后他开始弹奏。我很有趣地试验了放大器的设置，听了声音的变化，在这个过程中，我的父母很恼火。

我不怎么弹吉他了。相反，我用波德图学习了更多关于放大器的知识。这个简单的数学工具对于理解滤波器、放大器、控制系统、振荡器和其他电子设备的行为是至关重要的。理解波德图可以帮助您针对特定的应用程序优化设计。

波德地块是什么?

博德图是一种特定类型的图，用于理解和总结电子电路(特别是线性定常电路)如何影响交流信号用不同的频率。在检查滤波器或放大器的性能时，您需要计算不同频率的信号在通过设备时是如何衰减或放大的。

在设计电子滤波器或放大器时，输出信号的输出幅值和相位取决于输入信号的频率。以所有元件串联的RLC电路为例。这种电路就像一个带通滤波器，可以强烈地衰减频率远离共振的信号。在弱阻尼存在的情况下，输出信号在谐振时达到最大振幅。输出信号也将获得相对于输入信号的相位差，而这个相位差将是频率的函数。

这种行为可以用一个叫做传递函数的重要函数来概括。这个函数告诉你设备如何修改不同频率的信号。传递函数定义如下:

注意，这将振幅和相位集中到一个非常方便的频率函数中。取传递函数的幅值告诉你输入信号的幅值如何变化，传递函数的相位告诉你输入和输出信号之间的相位差:

波德图显示了与传递函数相同的行为，但它使用对数转换为分贝。下图以二阶低通滤波器的传递函数和波德图为例。当你观察传递函数的高频尾部时，很难通过观察传递函数来确定滤波器的有效性。从波德图中，可以看到随着输入信号频率的增加，衰减几乎在对数尺度上呈线性增加。

二阶低通滤波器的传递函数和波德图

理解波德图

波德图对于理解滤波器或放大器在特定频率下如何影响交流信号非常有用。滤波器对于所有频率都有一个大小小于或等于1的传递函数。相反，放大器的传递函数在特定频率上会增加到1以上。一旦你有了电路的波德图，你就可以很容易地把它转换成传递函数，反之亦然。

使用波德图可以提取这种行为，并将其引用为分贝值，而无需在时域内工作。当处理谐波信号时，你当然可以看看你的滤波器的行为，以及它如何在时域影响谐波信号，但这在频域更困难。在频域工作可以让您快速生成波德图，并立即了解电路如何影响任何频率的信号。

一旦你知道了电路的传递函数，你就可以用它来确定时域信号的输出波形，使用傅里叶变换。你可以取一个任意的输入波形并用傅里叶变换将其转换到频域。将输入频谱乘以传递函数，就得到了电路输出信号的频谱。然后，您可以应用傅里叶反变换并将输出频谱转换回时域波形。

用SPICE包构建Bode地块

如果你想画一个电路的波德图在设计过程的早期，你将需要使用SPICE包模拟你的电路使用频率扫描。这个工具可以让你计算信号在一个频率范围内的振幅和相位。你不需要手动从时域的多个信号中读取振幅和相位。

使用预兆图进行适当的电路分析应该比一些古怪的模拟波更容易阅读

使用强大的SPICE包简化了复杂电路的频域分析，允许您调整和优化模拟系统的行为。OrCAD PSpice模拟器从节奏允许您执行频率扫描，瞬态分析和许多其他任务，以分析任何应用程序的模拟电路。

这种独特的包装是适合的复杂PCB设计，直接与您的设计数据接口，并帮助您理解电路的波德图。

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