주파수 응답이란? 프리퀀스리스판스! 냥뇽녕냥 싹싹김치

 

주파수 응답

증폭기 또는 필터의 주파수 응답은 출력 이득이 다양한 주파수의 입력 신호에 어떻게 반응하는지 보여줍니다.

증폭기와 필터는 증폭과 여과의 특성을 모두 갖는 널리 사용되는 전자 회로이므로 상위 및 하위 대역 내에서 주파수 응답을 생성하는 이름입니다.

증폭기는 이득을 생성하는 반면 필터는 주파수에 따라 전기 신호의 진폭 및/또는 위상 특성을 변경합니다. 이러한 증폭기와 필터는 설계 내에서 저항기, 인덕터 또는 커패시터 네트워크(RLC)를 사용하므로 이러한 반응성 부품의 사용과 회로의 주파수 응답 특성 사이에는 중요한 관계가 있습니다.

AC 회로를 다룰 때 고정 주파수(예: 50Hz 또는 60Hz)에서 작동한다고 가정합니다. 그러나 선형 AC 회로의 응답은 증폭기 및 필터 회로에서 볼 수 있는 것과 같이 크기는 일정하지만 주파수는 다양한 AC 또는 정현파 입력 신호를 사용하여 검사할 수도 있습니다. 그러면 주파수 응답 분석을 사용하여 이러한 회로를 연구할 수 있습니다.

전기 또는 전자 회로의 주파수 응답을 통해 출력 이득( 크기 응답 으로 알려짐 )과 위상( 위상 응답 으로 알려짐 )이 특정 단일 주파수 또는 다양한 주파수 전체 범위에서 어떻게 변하는지 정확하게 확인할 수 있습니다. 회로의 설계 특성에 따라 0Hz(dc)부터 수천 메가헤르츠(MHz)까지.

 

일반적으로 회로 또는 시스템의 주파수 응답 분석 은 회로 또는 시스템이 작동할 것으로 예상되는 주파수 스케일에 대한 출력 신호의 입력 신호, 출력/입력 의 크기인 이득을 플로팅하여 표시됩니다. 그런 다음 각 주파수 지점에서 회로 이득(또는 손실)을 알면 회로가 서로 다른 주파수의 신호를 얼마나 잘(또는 나쁘게) 구별할 수 있는지 이해하는 데 도움이 됩니다.

주어진 주파수 종속 회로의 주파수 응답은 주파수( f )에 대한 크기(이득)의 그래픽 스케치로 표시될 수 있습니다. 수평 주파수 축은 일반적으로 로그 눈금으로 표시되는 반면, 전압 출력 또는 이득을 나타내는 수직 축은 일반적으로 십진수로 선형 눈금으로 표시됩니다. 시스템 이득은 양수 또는 음수일 수 있으므로 y축은 양수 값과 음수 값을 모두 가질 수 있습니다.

전자공학에서 로그 (Logarithm ) 또는 줄여서 "로그"는 해당 숫자를 얻기 위해 밑수를 올려야 하는 거듭제곱으로 정의됩니다. 그런 다음 보드 플롯에서 로그 x축 눈금은 로그 10 단위로 눈금이 매겨져 매 10년 빈도(예: 0.01, 0.1, 1, 10, 100, 1000 등)가 x축에 동일한 간격으로 배치됩니다. . 로그의 반대말은 역로그(antilogarithm) 또는 "역대수(antilog)"입니다.

주파수 응답 곡선의 그래픽 표현을 보드 플롯(Bode Plot) 이라고 하며, 한 스케일(x축)은 로그이고 다른 스케일(y축)은 선형(로그-린 플롯)이기 때문에 일반적으로 보드 플롯을 반로그 그래프라고 합니다. ) 보여진 바와 같이.

주파수 응답 곡선

그런 다음 주어진 회로의 주파수 응답은 출력(및 이득)이 상당히 일정하게 유지되는 주파수 대역을 보여주기 때문에 입력 신호 주파수의 변화에 ​​따른 동작의 변화임을 알 수 있습니다. θ L 과 θ H 사이에서 크거나 작은 주파수 범위를 회로 대역폭이라고 합니다. 따라서 이를 통해 주어진 주파수 범위 내의 모든 정현파 입력에 대한 전압 이득(dB)을 한눈에 확인할 수 있습니다.

위에서 언급했듯이 보드 다이어그램은 주파수 응답을 로그로 표현한 것입니다. 대부분의 최신 오디오 증폭기는 20Hz ~ 20kHz의 전체 오디오 주파수 범위에 걸쳐 위에 표시된 것과 같이 평탄한 주파수 응답을 갖습니다. 오디오 증폭기의 이러한 주파수 범위를 대역폭(BW)이라고 하며 주로 회로의 주파수 응답에 의해 결정됩니다.

주파수 지점 fc L 및 fc H는 하단 코너 또는 차단 주파수와 관련이 있으며 상단 코너 또는 차단 주파수 지점은 각각 고주파수와 저주파수에서 회로 이득이 감소하는 부분이었습니다. 주파수 응답 곡선의 이러한 지점은 일반적으로 -3dB(데시벨) 지점으로 알려져 있습니다. 따라서 대역폭은 다음과 같이 간단히 제공됩니다.

벨(B)의 1/10 인 데시벨(dB)은 게인 측정을 위한 일반적인 비선형 단위이며 20log 10 (A) 로 정의됩니다. 여기서 A 는 y에 표시되는 십진 게인입니다. -중심선. 0데시벨(0dB)은 최대 출력을 제공하는 단위의 크기 함수에 해당합니다. 즉, 이 주파수 레벨에 감쇠가 없기 때문에 Vout = Vin 일 때 0dB가 발생하며 다음과 같이 주어진다.

위의 보드 플롯에서 두 개의 코너 또는 차단 주파수 지점에서 출력이 0dB에서 -3dB로 떨어지고 고정 비율로 계속 떨어지는 것을 볼 수 있습니다. 이러한 이득 감소 또는 감소는 일반적으로 주파수 응답 곡선의 롤오프 영역으로 알려져 있습니다. 모든 기본 단일 차수 증폭기 및 필터 회로에서 이 롤오프 속도는 20dB/decade로 정의되며 이는 6dB/옥타브 속도와 동일합니다. 이 값에 회로의 차수를 곱합니다.

 

이러한 -3dB 코너 주파수 지점은 출력 이득이 최대값의 70.71%로 감소되는 주파수를 정의합니다. 그렇다면 -3dB 지점은 시스템 게인이 최대값의 0.707로 감소한 주파수이기도 하다고 정확하게 말할 수 있습니다.

주파수 응답 -3dB 포인트

 

-3dB 지점은 표시된 것처럼 이 코너 주파수의 출력 전력이 최대 0dB 값의 절반이 되므로 절반 전력 지점으로도 알려져 있습니다.

따라서 부하에 전달되는 출력 전력의 양은 차단 주파수에서 효과적으로 "절반"되며, 따라서 주파수 응답 곡선의 대역폭(BW)은 이 두 절반 전력 지점 사이의 주파수 범위로 정의될 수도 있습니다. .

전압 이득에는 20log 10 (Av) 을 사용하고 , 전류 이득에는 20log 10 (Ai) 을 사용하고, 전력 이득에는 10log 10 (Ap)을 사용합니다 . 데시벨은 전력 비율의 단위이지 실제 전력 수준의 척도가 아니기 때문에 곱셈 계수 20이 10의 두 배라는 의미는 아닙니다. 또한 dB 단위의 이득은 양수 또는 음수일 수 있으며 양수 값은 이득을 나타내고 음수 값 감쇠를 나타냅니다.

그러면 전압, 전류, 전력 이득 간의 관계를 다음 표에 제시할 수 있습니다.

데시벨 이득 등가물

dB 게인	전압 또는 전류 이득 20log 10 (A)	전력 이득 10log 10 (A)
-6	0.5	0.25
-삼	0.7071 또는 1/√ 2	0.5
0	1	1
삼	1.414 또는 √ 2	2
6	2	4
10	3.2	10
20	10	100
30	32	1,000
40	100	10,000
60	1,000	1,000,000

연산 증폭기는 1,000,000 또는  100dB를 초과하는 개방 루프 전압 이득(  AVO )을 가질 수 있습니다.

데시벨 예시 No1

12mV 신호가 적용될 때 전자 시스템이 24mV 출력 전압을 생성하는 경우 시스템 출력 전압의 데시벨 값을 계산하십시오.

데시벨 예시 No2

오디오 증폭기의 출력 전력을 신호 주파수가 1kHz일 때 10W로, 신호 주파수가 10kHz일 때 1W로 측정한 경우. 전력의 dB 변화를 계산합니다.

주파수 응답 요약

이 튜토리얼에서 우리는 전자 회로가 작동하는 주파수 범위가 주파수 응답 에 의해 어떻게 결정되는지 살펴보았습니다 . 장치 또는 회로의 주파수 응답은 게인 또는 통과하는 신호의 양이 주파수에 따라 어떻게 변하는지 보여줌으로써 지정된 신호 주파수 범위에서의 작동을 설명합니다.

보드 플롯은 회로의 주파수 응답 특성을 그래픽으로 표현한 것이므로 설계 문제를 해결하는 데 사용할 수 있습니다. 일반적으로 회로 이득 크기와 위상 함수는 x축을 따라 로그 주파수 스케일을 사용하여 별도의 그래프에 표시됩니다.

대역폭은 회로가 상위 차단 주파수 지점과 하위 차단 주파수 지점 사이에서 작동하는 주파수 범위입니다. 이러한 차단 또는 코너 주파수 지점은 출력과 관련된 전력이 최대값의 절반으로 떨어지는 주파수를 나타냅니다. 이러한 절반 전력점은 최대 dB 값에 비해 3dB(0.7071)의 이득 감소에 해당합니다.

대부분의 증폭기와 필터는 회로의 대역폭 또는 통과대역 섹션이 넓은 주파수 범위에 걸쳐 평탄하고 일정하다는 평탄한 주파수 응답 특성을 가지고 있습니다. 공진 회로는 다양한 주파수를 전달하고 다른 주파수는 차단하도록 설계되었습니다. 리액턴스가 주파수에 따라 변하는 저항기, 인덕터 및 커패시터를 사용하여 구성되며, 더 높은 Q가 제공 되므로 대역폭이 회로의 Q 에 따라 달라지는 공진의 영향을 받기 때문에 주파수 응답 곡선이 급격한 상승 또는 점처럼 보일 수 있습니다. 더 좁은 대역폭.