作者：湯瑪斯·布蘭德
摘要
對於電氣工程、控制工程甚至機電一體化動態系統的開發，通常必須知道系統輸出端對輸入諧波激勵（正弦振蕩）的穩態回應。這稱為系統的頻率回應。它用波特圖表示。為此，幅度回應和相位回應由系統的傳遞函數確定，並繪製為增益和相位作為頻率函數的圖形。使用對數刻度。振幅回應以分貝為單位，因此可以通過疊加簡單的子圖來構建複雜的波特圖。如果存在多個部分傳遞函數，則其幅度響應的實際乘法將通過分貝標度簡化為加法。即使沒有對數刻度，相位回應也可以加法疊加。對數表示的進一步優點是圖的頻率範圍更大，整個曲線上的相對精度相同。
使用LTspice類比頻率回應
電路的頻率回應可以用LTspice®類比。借助這款功能強大的類比電路模擬軟體，時域中的信號也可以轉換為頻域。此外，還可以執行小信號分析和蒙特卡羅類比。由於其與SPICE的相容性，LTspice可以處理許多電子元件。
要使用LTspice獲得電路的頻率回應或其波特圖，從一個簡單的電路示例開始會有所説明。圖1所示為二階低通濾波器。輸入和輸出節點被賦予標籤，以便稍後在模擬視窗中顯示類比。
圖1.二階低通濾波器電路示例。
電路將受到正弦波的激勵。這需要 AC 掃描，可以在「類比>編輯類比 Cmd」功能表中的「AC 分析」選項卡下找到該掃描。此處也輸入了模擬參數。波特圖中的 x 軸應具有對數刻度。在「掃描類型」下，應選擇值「十年」。其餘參數資訊應根據需要添加。
此外，對於交流分析，應定義激勵電路的輸入電壓。在功能表項「小信號交流分析」下的電壓源參數中，指定了所需的幅度（此處為1 V）。現在可以運行實際類比（類比>運行）。類比成功完成後，將自動打開一個空的探針編輯器。選擇電路（輸出）中的所需節點後，幅度和相位顯示為頻率的函數。
系統的頻率回應由輸出信號與輸入信號的比值產生;顯示器仍然必須稍微調整。為此，必須在表達式編輯器中以比率 V（輸出）/V（輸入）的形式給出函數。現在，電路的頻率回應將正確顯示幅度回應和相位回應。
圖2顯示了二階低通濾波器的頻率響應與頻率的關係。左側 y 軸的幅度增益以分貝為單位，右側 y 軸上的相移以度為單位。
圖2.二階低通濾波器的頻率回應與頻率f的函數關係。
要從圖中讀取確切的值，可以添加可以沿圖形移動的游標。有必要單擊圖表頂部的波形節點標題。如果按兩下，您將獲得兩個游標，它們將給出每個游標位置的絕對值以及兩個游標位置之間的差異在單獨的視窗中。
結論
使用LTspice可以相對容易地類比電路的頻率回應。LTspice中顯示的標準波特圖是頻率f的函數。如果圖應以角頻率ω顯示，則必須使用此處未討論的修改方法。
作者
湯瑪斯品牌
Thomas Brand於2015年在慕尼克的ADI公司開始了他的職業生涯，這是他碩士論文的一部分。畢業后，他參加了ADI的實習生計劃。2017年，他成為一名現場應用工程師。Thomas為中歐的大型工業客戶提供支援，並專注於工業乙太網領域。他在莫斯巴赫合作教育大學學習電氣工程，然後在康斯坦茨應用科學大學完成國際銷售研究生課程並獲得碩士學位。
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