
【电】 log-magnitude and phase diagram
对数幅度及相位图是电子工程与信号处理领域用于分析线性时不变系统频率响应的核心工具,其英文对应术语为"Logarithmic Magnitude and Phase Plot"。该图形由两个关联子图构成:
对数幅度图(Logarithmic Magnitude Plot) 以分贝(dB)为单位的纵轴表示系统增益,横轴采用对数尺度频率。数学表达式为: $$ 20log_{10}|H(jomega)| $$ 其中$H(jomega)$为系统传递函数。该图可直观反映系统对不同频率信号的放大/衰减特性,在滤波器设计、放大器稳定性分析中具有关键作用。
相位图(Phase Plot) 纵轴以角度(°)或弧度表示输出信号相对于输入信号的相位偏移,横轴同样采用对数频率尺度。表达式为: $$ angle H(jomega) $$ 相位信息对判断系统时延特性和闭环稳定性至关重要,如奈奎斯特稳定性判据即基于此特性。
工程实践中,两者常组合为伯德图(Bode Plot)进行联合分析。根据IEEE控制系统协会技术报告,该方法自1930年代由Hendrik Bode提出后,已成为频域分析的标准工具,广泛应用于通信系统、自动控制、电力电子等领域的设计验证环节。经典教材《信号与系统》(Alan V. Oppenheim著)第6章对此有系统论述。
对数幅度及相位图是信号分析与处理中常用的图形表示方法,主要用于描述信号的频率特性。以下是详细解释:
对数幅度图
表示信号在不同频率分量上的强度(幅度)以对数形式呈现的图形。通常以分贝(dB)为单位,公式为:
$$ 20 log_{10}(A) $$
其中( A )为幅度值(复数信号的模)。这种表示能压缩动态范围,便于观察弱信号。
相位图
表示信号各频率分量的相位差,以角度(°)或弧度(rad)为单位。相位反映不同频率分量在时间轴上的相对位置偏移。
对于复数信号( X(f) = a + jb )(如傅里叶变换后的结果):
类型 | 横轴 | 纵轴 | 用途 |
---|---|---|---|
对数幅度图 | 频率(Hz) | 幅度(dB) | 分析信号强度分布 |
相位图 | 频率(Hz) | 相位角(°或rad) | 分析信号时间延迟或波形畸变 |
如需更深入的技术推导,可参考信号与系统教材或傅里叶变换相关文献。
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