在做濾波器、放大器或者EQ電路設計時,通常需要關注頻率與強度的關系,這就是波特圖。濾波器、放大器的波特圖通常有兩部分組成:幅頻特性圖和相頻特性圖,這兩種圖從不同的角度描述濾波電路的特性。在我接觸到的EQ電路中,只關注幅頻特性關系。幅頻特性圖中橫坐標為頻率,單位為Hz,縱坐標為對數(shù)關系,通常用分貝(dB)表示,計算關系為20log(Au)。一個典型的波特圖如下圖所示:
在一些書籍的描述中,經常會出現(xiàn)dB/2倍頻、dB/6倍頻和dB/10倍頻,這都是為了更好的描述幅頻特性關系而引入的描述。現(xiàn)在我們先以dB/2倍頻為例進行詳細說明。
首先從數(shù)學的角度來分析該單位的意義:縱坐標dB每增加1的dB橫坐標頻率將要增加2倍,嚴格意義上來說是以2倍頻率的速度來進行縱坐標強度的判斷,這樣一來,比用1倍頻率的橫坐標變化量有更快的描述。從電子學方面看,采用2倍頻作為標準時,雖然在-3dB位置的頻率確認有了一定的模糊,但是,可以從幅頻特性圖中更加準確的得出在2倍頻處的幅度特性。同樣,dB/6倍頻和dB/10倍頻也是這個道理。
進一步,在濾波器和運放電路設計中,經常用到-3dB/倍頻、-6dB/2倍頻和-20dB/10倍頻來描述電路特性,現(xiàn)在解釋下為什么采用這樣的描述。
-3dB/倍頻:20log(Au)=-3 Au=0.707 也就是說頻率增加1倍,幅度降低到原來的0.707
-6dB/2倍頻:20log(Au)=-6 Au=1/2 也就是說頻率增加2倍,幅度降低到原來的1/2
其他數(shù)值的分貝倍頻關系可以同過以上公式進行計算,一般這么做都是為了方便頻率得出放大倍數(shù)與頻率的關系。
這些描述在數(shù)學角度來說有出力不討好的苗頭,但是,在電子學方面,卻很形象的描述出了關鍵頻率點和幅度之間的關系。
我們明白了不同倍頻之間的意義之后,下一步在來分析計算下不同單位倍頻之間的關系,現(xiàn)在我們以-3dB/倍頻和-20dB/10倍頻為例進行計算。這其實就是純粹的數(shù)學變換,也順便說明了一個道理,數(shù)學學科深入、滲入到了社會學科的不同領域。
在-3dB/倍頻中,假如其波特圖變化如下:
從數(shù)學角度來理解分析-3dB/倍頻,依據上圖來看,橫坐標為倍頻,縱坐標為強度dB,用數(shù)學的表達式為
y=-3x+1(該式子很好的描述了頻率每增加一倍,強度減小3)
那么當橫坐標為10倍頻的時候,其波特圖如下所示
用數(shù)學表達式表示上圖的數(shù)學關系為
y=-28x+1(該式子表示為橫坐標以10倍頻率增加,每增加一倍,強度減小28dB)
這樣,從數(shù)學角度明確了不同倍頻下強度的變換關系,使不同的強度變化(斜率)表現(xiàn)的更加明顯。
還有另外一種形式,特別是在波特圖奇零點分析時,因為幅頻特性曲線每經過一個零點斜率就會減小一倍,每經過一個極點就會增大一倍,所以會在幅頻特性曲線中見到-10dB/10倍頻、-20dB/10倍頻的斜率。
經過以上的數(shù)學分析,我們明白了不同分貝每倍頻之間關系,這樣,在以后碰到不同數(shù)值和不同分貝每倍頻時,不能從數(shù)值上表示大小,只有變換為相同倍頻的時候才能比較大小,這點必須要注意。
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