การตอบสนองความถี่

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี
ข้ามไปที่การนำทาง ข้ามไปที่การค้นหา

ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ , การตอบสนองความถี่เป็นตัวชี้วัดเชิงปริมาณของผลผลิตสเปกตรัมของระบบหรืออุปกรณ์ในการตอบสนองต่อสิ่งเร้าและจะใช้ในลักษณะการเปลี่ยนแปลงของระบบ เป็นการวัดขนาดและเฟสของเอาต์พุตเป็นฟังก์ชันของความถี่เมื่อเปรียบเทียบกับอินพุต สำหรับระบบเชิงเส้นตรง การเพิ่มแอมพลิจูดของอินพุตเป็นสองเท่าจะเพิ่มแอมพลิจูดของเอาต์พุตเป็นสองเท่า และการรวมอินพุตทั้งสองเข้าด้วยกันจะสร้างเอาต์พุตที่เป็นผลรวมของเอาต์พุตที่สอดคล้องกันทั้งสองเอาต์พุตไปยังอินพุตแต่ละรายการ นอกจากนี้ หากระบบไม่แปรผันตามเวลา (ดังนั้นLTI) จากนั้นการตอบสนองความถี่จะไม่เปลี่ยนแปลงตามเวลา และการฉีดคลื่นไซน์เข้าสู่ระบบที่ความถี่ที่กำหนดจะทำให้ระบบตอบสนองที่ความถี่เดียวกันนั้นด้วยขนาดที่แน่นอนและมุมเฟสที่แน่นอนที่สัมพันธ์กับอินพุต ดังนั้นสำหรับระบบ LTI การตอบสนองความถี่สามารถเห็นได้ว่าเป็นการนำฟังก์ชันการถ่ายโอนของระบบไปใช้กับอาร์กิวเมนต์จำนวนจินตภาพล้วนๆ ซึ่งแสดงถึงความถี่ของการกระตุ้นไซน์[1]

การประยุกต์ใช้การวิเคราะห์การตอบสนองความถี่สองแบบมีความเกี่ยวข้องกันแต่มีวัตถุประสงค์ที่แตกต่างกัน ครั้งแรกสำหรับระบบเสียงวัตถุประสงค์อาจจะมีการทำซ้ำสัญญาณที่ไม่มีการบิดเบือนนั่นจะต้องมีขนาดเท่ากัน (แบน) ของการตอบสนองต่อแบนด์วิดธ์ข้อจำกัดของระบบ โดยสัญญาณล่าช้าด้วยระยะเวลาเท่ากันทุกความถี่อย่างแม่นยำ ระยะเวลานั้นอาจเป็นวินาที หรือเป็นสัปดาห์หรือเป็นเดือนในกรณีของสื่อบันทึก ในทางตรงกันข้าม สำหรับอุปกรณ์ป้อนกลับที่ใช้ในการควบคุมระบบไดนามิก วัตถุประสงค์คือเพื่อให้ระบบวงปิดมีการตอบสนองที่ดีขึ้นเมื่อเทียบกับระบบที่ไม่ได้ชดเชย ข้อเสนอแนะโดยทั่วไปจำเป็นต้องตอบสนองต่อไดนามิกของระบบภายในรอบการสั่นจำนวนเล็กน้อย (โดยปกติน้อยกว่าหนึ่งรอบเต็ม) และมีมุมเฟสที่แน่นอนที่สัมพันธ์กับอินพุตควบคุมที่ได้รับคำสั่ง สำหรับผลป้อนกลับของการขยายเสียงที่เพียงพอ การทำมุมเฟสผิดพลาดอาจนำไปสู่ความไม่เสถียรสำหรับระบบที่เสถียรแบบวงเปิด หรือความล้มเหลวในการทำให้ระบบเสถียรแบบวงเปิดไม่เสถียร

ตัวกรองดิจิทัลอาจใช้สำหรับทั้งระบบเสียงและระบบควบคุมป้อนกลับ แต่เนื่องจากวัตถุประสงค์ต่างกัน โดยทั่วไปลักษณะเฟสของตัวกรองจะแตกต่างกันอย่างมากสำหรับทั้งสองแอปพลิเคชัน

ประมาณการและการวางแผน

การตอบสนองขนาดของตัวกรองความถี่ต่ำที่มี 6 dB ต่ออ็อกเทฟหรือ 20 dB ต่อทศวรรษ

การประมาณการตอบสนองความถี่สำหรับระบบทางกายภาพมักเกี่ยวข้องกับระบบที่น่าตื่นเต้นด้วยสัญญาณอินพุต การวัดทั้งประวัติเวลาอินพุตและเอาต์พุต และการเปรียบเทียบทั้งสองผ่านกระบวนการ เช่นFast Fourier Transform (FFT) สิ่งหนึ่งที่ต้องคำนึงถึงสำหรับการวิเคราะห์คือเนื้อหาความถี่ของสัญญาณอินพุตต้องครอบคลุมช่วงความถี่ที่น่าสนใจเพราะผลลัพธ์จะไม่ถูกต้องสำหรับส่วนของช่วงความถี่ที่ไม่ครอบคลุม

การตอบสนองความถี่ของระบบสามารถวัดได้โดยใช้สัญญาณทดสอบตัวอย่างเช่น

  • การใช้แรงกระตุ้นกับระบบและการวัดการตอบสนอง (ดูการตอบสนองต่อแรงกระตุ้น )
  • กวาดโทนบริสุทธิ์ของแอมพลิจูดคงที่ผ่านแบนด์วิดท์ที่น่าสนใจและวัดระดับเอาต์พุตและการเลื่อนเฟสที่สัมพันธ์กับอินพุต
  • การใช้สัญญาณที่มีสเปกตรัมความถี่กว้าง (เช่น สัญญาณหลายความถี่[2] (มัลติเพล็กซิ่งความถี่แบบไม่ต่อเนื่องแบบ nonorthogonal ( N-OFDM [3] [4]หรือSEFDM [5]เดียวกัน[5] ) และOFDM ) ที่สร้างขึ้นแบบดิจิทัลลำดับความยาวสูงสุดเสียงหรืออนาล็อกกรองเสียงสีขาวเทียบเท่าเช่นเสียงสีชมพู ) และการคำนวณกระตุ้นการตอบสนองโดยdeconvolutionของสัญญาณอินพุทและเอาท์พุทสัญญาณของระบบ

การตอบสนองความถี่มีลักษณะเฉพาะตามขนาดของการตอบสนองของระบบ โดยทั่วไปวัดเป็นเดซิเบล (dB) หรือเป็นทศนิยม และเฟสวัดเป็นเรเดียนหรือองศา เทียบกับความถี่ในหน่วยเรเดียน/วินาทีหรือเฮิรตซ์ (Hz)

การวัดการตอบสนองเหล่านี้สามารถวางแผนในสามวิธี: โดยพล็อตขนาดและเฟสวัดสองแปลงสี่เหลี่ยมเป็นหน้าที่ของความถี่เพื่อให้ได้พล็อตเป็นลางบอกเหตุ ; โดยพล็อตขนาดและมุมเฟสในพล็อตขั้วเดียวที่มีความถี่เป็นพารามิเตอร์ที่จะได้รับพล็อต Nyquist ; หรือโดยการพล็อตขนาดและเฟสบนพื้นที่สี่เหลี่ยมเดียวที่มีความถี่เป็นพารามิเตอร์ที่จะได้รับพล็อตนิโคลส์

สำหรับระบบเสียงที่มีการหน่วงเวลาเกือบเท่ากันในทุกความถี่ ส่วนขนาดและความถี่ของพล็อตลางบอกเหตุอาจเป็นสิ่งที่น่าสนใจทั้งหมด สำหรับการออกแบบระบบควบคุม สามารถใช้แผนผังใดก็ได้ในสามประเภท (Bode, Nyquist, Nichols) เพื่อสรุปความเสถียรของวงปิดและระยะขอบความเสถียร (เกนและระยะขอบ) จากการตอบสนองความถี่แบบวงเปิด โดยมีเงื่อนไขว่า การวิเคราะห์ลางสังหรณ์จะรวมพล็อตเฟสกับความถี่ไว้ด้วย

รูปแบบของการตอบสนองความถี่สำหรับระบบดิจิทัล (เช่นตัวกรองFFT ) เป็นระยะที่มีหลายพูหลักและไซด์โลบ [6]

การตอบสนองความถี่ไม่เชิงเส้น

หากระบบที่อยู่ระหว่างการตรวจสอบไม่เป็นเชิงเส้นการใช้การวิเคราะห์โดเมนความถี่เชิงเส้นล้วนๆจะไม่เปิดเผยคุณลักษณะที่ไม่เป็นเชิงเส้นทั้งหมด เพื่อเอาชนะข้อจำกัดเหล่านี้ ฟังก์ชันตอบสนองความถี่ทั่วไปและฟังก์ชันตอบสนองความถี่เอาต์พุตแบบไม่เชิงเส้นได้ถูกกำหนดขึ้น ซึ่งช่วยให้ผู้ใช้สามารถวิเคราะห์ผลกระทบไดนามิกที่ไม่เป็นเชิงเส้นที่ซับซ้อนได้ [7]ความถี่ไม่เชิงเส้นวิธีการตอบสนองเปิดเผยเสียงสะท้อนที่ซับซ้อน , intermodulationและการถ่ายโอนพลังงานผลกระทบที่ไม่สามารถมองเห็นได้โดยใช้การวิเคราะห์เชิงเส้นอย่างหมดจดและจะกลายเป็นความสำคัญมากขึ้นในโลกที่ไม่เป็นเชิงเส้น

แอปพลิเคชัน

ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ สิ่งเร้านี้จะเป็นสัญญาณอินพุต[8]ในช่วงเสียงก็มักจะอ้างถึงในการเชื่อมต่อกับเครื่องขยายเสียงอิเล็กทรอนิกส์ , ไมโครโฟนและลำโพงการตอบสนองความถี่สเปกตรัมวิทยุสามารถอ้างถึงการวัดของสายโคแอกเชียล , สายคู่บิดเบี้ยว , อุปกรณ์สลับวิดีโออุปกรณ์สื่อสารไร้สายและระบบเสาอากาศ การวัดการตอบสนองความถี่ Infrasonic ได้แก่แผ่นดินไหวและคลื่นไฟฟ้าสมอง (คลื่นสมอง)

ข้อกำหนดในการตอบสนองความถี่จะแตกต่างกันไปตามแอปพลิเคชัน[9]ในเสียงที่มีความเที่ยงตรงสูงแอมพลิฟายเออร์ต้องการการตอบสนองความถี่อย่างน้อย 20–20,000 เฮิรตซ์ โดยมีความทนทานเท่ากับ ±0.1 เดซิเบลในช่วงความถี่กลางประมาณ 1,000 เฮิรตซ์; อย่างไรก็ตาม ในระบบโทรศัพท์การตอบสนองความถี่ 400–4,000 Hz โดยมีค่าความคลาดเคลื่อน ±1 dB ก็เพียงพอแล้วสำหรับความชัดเจนในการพูด[9]

กราฟการตอบสนองความถี่มักใช้เพื่อระบุความแม่นยำของส่วนประกอบหรือระบบอิเล็กทรอนิกส์[8]เมื่อระบบหรือส่วนประกอบสร้างสัญญาณอินพุตที่ต้องการทั้งหมดโดยไม่มีการเน้นหรือลดทอนของคลื่นความถี่ใด ๆ ระบบหรือส่วนประกอบจะเรียกว่า "แบน" หรือมีเส้นโค้งตอบสนองความถี่แบน[8]ในอีกกรณีหนึ่ง เราสามารถใช้รูปแบบ 3D ของพื้นผิวการตอบสนองความถี่

เมื่อตอบสนองความถี่ที่ได้รับการวัด (เช่นเป็นกระตุ้นการตอบสนอง) ให้ระบบเป็นเชิงเส้นและเวลาคงที่ลักษณะของมันจะสามารถประมาณการด้วยความถูกต้องโดยพลการโดยตัวกรองดิจิตอล ในทำนองเดียวกัน หากระบบแสดงให้เห็นว่ามีการตอบสนองความถี่ต่ำสามารถใช้ตัวกรองดิจิทัลหรือแอนะล็อกกับสัญญาณก่อนที่จะทำซ้ำเพื่อชดเชยข้อบกพร่องเหล่านี้

รูปแบบของเส้นกราฟการตอบสนองความถี่มีความสำคัญมากสำหรับการป้องกันสัญญาณรบกวนของเรดาร์การสื่อสาร และระบบอื่นๆ

ดูเพิ่มเติม

อ้างอิง

หมายเหตุ
  1. เดนนิส แอล. เฟชต์ (1990). คู่มือการออกแบบวงจรอะนาล็อก วิทยาศาสตร์เอลส์เวียร์ NS. 192. ISBN 978-1-4832-5938-3.
  2. ^ RU2054684 (C1) G01R 23/16 เทคนิคการวัดการตอบสนองความถี่แอมพลิจูด// Slyusar V. – Appl. หมายเลข SU 19925055759 ข้อมูลลำดับความสำคัญ: 19920722 – ข้อมูลสิ่งพิมพ์อย่างเป็นทางการ: 1996-02-20 [1]
  3. ^ Slyusar, VI Smolyar, VG วิธีการการปรับความถี่ต่อเนื่อง nonorthogonal สัญญาณสำหรับช่องทางการสื่อสารวงแคบ // วิทยุสื่อสารอิเล็กทรอนิกส์และระบบ C / C ของ Izvestiia- vysshie uchebnye zavedeniia radioelektronika – พ.ศ. 2547 เล่ม 47; ตอนที่ 4 หน้า 40–44 – Allerton Press Inc. (สหรัฐอเมริกา) [2]
  4. ^ Slyusar, VI Smolyar, VG Multifrequency operation of communication channels based on super-Rayleigh resolution of signal// Radio electronics and communications systems c/c of ​​Izvestiia- vysshie uchebnye zavedeniia radioelektronika.. – 2003, volume 46; ตอนที่ 7 หน้า 22–27 – Allerton press Inc. (สหรัฐอเมริกา) [3]
  5. ^ MRD Rodrigues และ I. Darwazeh A Spectrally Efficient Frequency Division Multiplexing Based Communications System.// InOWo'03, 8th International OFDM-Workshop, Proceedings, Hamburg, DE, 24-25 กันยายน 2546 – https://www.researchgate.net/publication/309373002
  6. ^ LR Rabiner และ B. Gold ทฤษฎีและการประยุกต์ใช้การประมวลผลสัญญาณดิจิตอล – หน้าผาแองเกิลวูด รัฐนิวเจอร์ซี: Prentice-Hall, 1975. – 720 pp
  7. ^ Billings SA "การระบุระบบแบบไม่เชิงเส้น: วิธี NARMAX ในเวลา ความถี่ และโดเมนชั่วคราว-อวกาศ" Wiley, 2013
  8. อรรถa b c สตาร์ค, 2002, p. 51.
  9. a b Luther, 1999, p. 141.
บรรณานุกรม

ลิงค์ภายนอก