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  • 一种基于动态相量理论求解的DC-DC Buck-Boost变换器大信号频率响应模型,张波,戴栋,本文研究了一种dc-dc变换器大信号频率响应模型的建立和求解过程。该模型以动态相量理论为基础,用于dc-dc变换器电感电流连续模态...
  • 您可以看到显示幅度和相位的随机信号频率响应。 使用内置的“freqz”功能对数字信号进行了处理。 #频率响应
  • 主要包括仿真信号产生的原始信号的波形显示、经过滤波器后的滤波信号的波形显示、双通道谱测量进行处理后产生的频率响应曲线进行显示、检测信号结果的波形显示(频率响应曲线),同时显示信号掩区和边界测试的信号,...
  • 频率响应特性

    2021-01-20 06:33:33
    频率响应是什么意思 频率响应是指将一个以恒电压输出的音频信号与系统相连接时,音箱产生的声压随频率的变化而发生增大或衰减、相位随频率而发生变化的现象,这种声压和相位与频率的相关联的变化关系称为频率响应。...
  • 信号幅频相频特性的画法(频率响应法)。频率响应法和信号幅频相频特性的画法。
  • 推导了激光器小信号频率响应的计算公式,研究了激光器的封装寄生参量的谐振现象,利用这种谐振效应对激光器的频率响应特性进行有效补偿,采用数据用电路仿真软件PSpice对建立的等效电路模型进行小信号频率响应分析...
  • 利用数字信号处理技术测量频率响应和有效位数
  • 本代码以单频正弦信号为激励测量系统频率响应,学习此代码,可以掌握测量LTI系统频率响应的基本方法和频率域采样法设计FIR滤波器的原理。
  • 放大电路的频率响应

    2020-07-15 14:21:31
    ①研究的基本问题:放大电路对于信号频率响应的适应程度,即信号频率对于放大倍数的影响。 由于放大电路中耦合电容,旁路电容,半导体器件极间电容的存在,使得放大倍数为频率的函数。 在使用一个放大电路的时候,...

    一.晶体管的高频等效电路

    1.频率响应的基本概念

    ①研究的基本问题:放大电路对于信号频率响应的适应程度,即信号频率对于放大倍数的影响。
    由于放大电路中耦合电容,旁路电容,半导体器件极间电容的存在,使得放大倍数为频率的函数。
    在使用一个放大电路的时候,应该去了解其信号的适用频率范围,在设计放大电路的时候,应该满足信号频率的范围要求。

    ②高通电路:信号频率越高,输出电压越接近于输入电压
    在这里插入图片描述
    ③低通电路:信号频路越低,输出电压越接近于输入电压
    在这里插入图片描述
    注:使输出电压的幅值下降到70.7%,相位为±45°的信号频率为截止频率
    ④放大电路中的频率参数
    在这里插入图片描述
    对于上述共射电路来说,在输入端是以直接耦合的方式连接的,在输出端是以阻容耦合的方式进行连接的。显然由于晶体管基极与发射极的PN结结电容的影响,输入端可以等效成一个低通电路。输出端为高通电路。由于高通电路和低通电路的特性便造就了放大电路的以下特性:
    在低频端,随着信号频率的逐渐降低,耦合电容,旁路电容等容抗增加,使得动态信号损失逐渐增大,放大能力下降;在高频段,随着信号频率逐渐升高,晶体管的极间电容和分布电容,寄生电容等杂散电容的容抗逐渐减小使得动态信号损失,放大能力减小。因此有了下限频率与上限频率的概念。

    2.晶体管的高频等效电路

    ①混合π模型:由结构而建立,形状像π,参数和量纲各有不同
    在这里插入图片描述
    根据晶体管内部的物理特性可以将晶体管等效成如上图所示的模型。其中Rbb‘为基区体电阻,由于基区做的特别薄,所以这个电阻的阻值比较大。Re与Rc分别为发射区电阻与集电区电阻,由于内特性的关系,这两个电阻的阻值都比较小,进而可以忽略不计。Rb’e’与Rb’c’分别为发射结与集电结电阻,是PN结的特性,Cπ与Cμ分别为PN结的结电容。这样就可以将一个三极管等效成如下的π模型:
    在这里插入图片描述
    由于是近似的分析输入信号的频率对于放大倍数的影响,因此有些数值较大的电阻我们依然可以不去进行考虑。比如:Rb‘c是集电结电阻,在晶体管正常工作的时候,集电结处于反向偏置的状态,此电阻阻值非常大。另外Rce是我们在进行晶体管h模型分析时候得到的电阻,此电阻描述的是晶体管输出曲线上翘的程度,数值也非常大,因此可以进行省略。这样混合π模型就如下图所示:
    在这里插入图片描述
    在此模型中有一个集电结电容Cμ,它连接了输入和输出,这也就意味着输入的状态可以对输出产生影响,同样如果输出状态又变化的话,可以反过来影响输入的状态。我们希望信号是单方向进行传递的,因此要对于Cμ这个电容加以一定的处理才好。
    等效的中心思想就是:将Cμ这个电容一分为二,分别跨接到b’e端与ce端,这样信号就可以是单向传递的了。但是一定要做到在等效前从b’e端向Cμ看过去流过Cμ的电流与等效后从b’e端向Cμ‘看过去流过的电流是相同的。同理对于跨接到ce两端的电容也应该是这样的等效方法。即遵循电流不变的等效原则来进行电路从信号的双向传递变化为信号的单向传递。
    在等效之前流经Cμ的电流为:

    在这里插入图片描述
    等效之后计算得到两个电容的容值分别为:
    在这里插入图片描述
    因此得到晶体管简化的高频等效电路
    在这里插入图片描述
    这里Cπ‘=Cπ+Cμ‘但是为什么没有考虑Cμ‘’呢?
    从上边的式子中可以看出来,Cμ‘的容值要比Cμ‘’的容值大很多,实际上当频率增加的时候,影响最大的是大电容,其次才是小电容,因此在等效电路中就将小电容进行忽略掉了。

    如何得到模型中的其它参数呢?
    Rbb’与Cμ可以从手册中查找得到
    在这里插入图片描述
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    放大倍数β是如何受到频率影响的?
    之前定义β为在Uce不变的情况下,Ic与Ib的比值。但是由于晶体管中PN结的存在,随着频率的变化,结电容表现出来的特性也会随着变化,因此Ic与Ib的比值就会发生变化,因此β就成了一个变化量。

    在这里插入图片描述
    在上图中将CE两端短路的原因是:由于认定是在Uce不变的情况下求解出来的β,所以在交流信号模型中CE两端直接短路。通过上述式子就可以求解出β这个参数是如何随着频率进行变化的。
    在这里插入图片描述
    晶体管的频率参数:
    在这里插入图片描述

    二.放大电路的频率响应

    1.单管共射放大电路的频率响应

    基本思想:
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    中频段单管放大电路的求解:
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    低频段放大倍数的求解:
    在这里插入图片描述
    高频段放大倍数的求解:
    在这里插入图片描述
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    电压方法倍数的波特图与全频段电压放大倍数的表达式
    在这里插入图片描述
    带宽增益积:定性分析
    注:这里的带宽指的是上限频率吧与下限频率的差值,增益指的是中频带的增益

    在这里插入图片描述
    想要获得较高的增益,就一定会以牺牲带宽为代价。
    带宽增益积:定量分析
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    三.多级放大电路的频率响应

    在这里插入图片描述

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  • 频率响应

    千次阅读 2019-03-29 15:46:30
    频率响应:系统信号的振幅和相位受频率变化而变化的特性就叫频率响应。 由定义可知:频率响应由幅频特性和相频特性组成。 幅频特性:表示增益的增减同信号频率的关系; 相频特性:表示不同信号频率下的相位畸变...

    频率响应:系统信号的振幅和相位受频率变化而变化的特性就叫频率响应。

    由定义可知:频率响应由幅频特性和相频特性组成。

    幅频特性:表示增益的增减同信号频率的关系;

    相频特性:表示不同信号频率下的相位畸变关系。

     

    https://baike.baidu.com/item/%E9%A2%91%E7%8E%87%E5%93%8D%E5%BA%94/1545234?fr=aladdin

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  • matlab开发-控制信号发生器1250频率响应分析仪。文件有利于通信和从SOL 1250和特殊1260获取数据。
  • 什么是频率响应

    万次阅读 2017-10-17 15:44:55
    频率响应:系统信号的振幅和相位受频率变化而变化的特性就叫频率响应。 由定义可知:频率响应由幅频特性和相频特性组成。 幅频特性:表示增益的增减同信号频率的关系; 相频特性:表示不同信号频率下的相位畸变...

    频率响应:系统信号的振幅和相位受频率变化而变化的特性就叫频率响应。

    由定义可知:频率响应由幅频特性和相频特性组成。

    幅频特性:表示增益的增减同信号频率的关系;

    相频特性:表示不同信号频率下的相位畸变关系。

    频率响应的作用:根据频率响应可以比较直观地评价系统复现信号的能力和过滤噪声的特性。在控制理论中,根据频率响应可以比较方便地分析系统的稳定性和其他运动特性。频率响应的概念在系统设计中也很重要。引入适当形式的校正装置(见控制系统校正方法)可以调整频率响应的特性,使系统的性能得到改善。

    参考文章:https://baike.baidu.com/item/%E9%A2%91%E7%8E%87%E5%93%8D%E5%BA%94/1545234?fr=aladdin

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  • 实际应用中,电子电路所处理的信号几乎都不是简单的...★ 频率失真:对不同频率信号响应不同而造成的失真,不产生新的频率分量。 由于放大电路中存在电抗元件(如管子的极间电容,电路的负载电容、分布电容、耦合电容

    实际应用中,电子电路所处理的信号几乎都不是简单的单一频率信号,它们的幅度及相位通常都由固定比例关系的多频率分量组合而成,且具有一定的频谱。

    放大电路对不同频率信号的幅值放大不同。这样的失真称其为幅度失真

    放大电路对不同频率信号产生的相移不同,表现为时间延时不同。这样的失真称其为相位失真

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    ★ 非线性失真:信号进入器件的非线性区域,会产生新的频率分量。

    ★ 频率失真:对不同频率的信号响应不同而造成的失真,不产生新的频率分量。

    由于放大电路中存在电抗元件(如管子的极间电容,电路的负载电容、分布电容、耦合电容、射极旁路电容等),当信号频率较高或较低时,不但放大倍数会变小,而且会产生超前或滞后的相移,使得放大电路对不同频率信号分量的放大倍数和相移都不同。所以当放大电路静态工作点合适 ,且处于放大区的时候还会产生失真。

    放大电路的放大倍数是信号频率的函数,称之为频率响应频率特性

    放大电路中存在电抗性元件 耦合电容、旁路电容、变压器等

    在这里插入图片描述
    此时在看固定偏置共射放大电路,在前面中频段时,一直把电容C1 认为是理想元件对直流开路、对交流短路,但如果考虑频率对电抗的影响,当频率由底变高时(小于100Hz),电抗是由高变低的明显变化,当频率较低时,此时电抗较大在几百欧姆,通过观察电容和输入电路的关系就可以发现,此时电容C1 的电抗就和 rbe 是相当的,因此必将对输入回路的信号传输产生较大的影响,不能视其为短路;只有当信号频率较高时(大于100Hz以上),由于电抗的急剧减小,才能忽略对其输入回路的影响,视其为短路

    正是耦合电容的电抗对频率的敏感使得放大电路的传输也会受到频率的影响。当放大电路传输低频信号的时候,由于C1 电抗的影响,必然会对整个放大电路的放大性能带来影响。当频率降低时,C1 的电抗将会增大,就会使得晶体管的输入电流 ib 减小。 ib 的减小必会导致 ic 的减小。因此使得输出电压 Uo 在面对同样的信号源 Us 的时候,也会出现一个衰减,就会使得整个放大电路的前级放大倍数 Aus 下降。所以由于耦合电容 C1 的存在,使得放大电路在低频段将会增益的损失。

    晶体管的极间电容

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    晶体管的集电结和发射极都存在电容效应,电容的直接体现就是跨接在集电结和发射结的结电容,由于结电容的容量并不大,所以在信号低频的时候可以认为他的电抗非常大,视其为开路,不会对信号传输带来影响。

    随着信号频率逐渐升高,晶体管极间电容和分布电容、寄生电容等杂散电容的容抗减小,对信号的传输带来较大的影响。

    因此晶体管的结电容将会放大电路的高频响应产生较大影响 ,由于极间电容的存在使得放大电路在高频段的增益也会出现损失

    同时在之前一直用于中低频信号分析的 h 参数等效模型,由于没有考虑结电容的影响,因此将不再适用于高频段的电路分析,此时必须采用一个考虑结电容的高频小信号模型进行分析,所以当研究电路的高频响应时,三极管的低频小信号模型不再适用,而要采用高频小信号模型

    电路中客观存在着各类电抗器件是影响电路频率响应的主要因素

    当低频时,主要是耦合电容起作用,而晶体管的结电容可视为理想的开路
    当高频时,主要是晶体管结电容起作用,而耦合电容可视其为短路
    由于耦合电容和结电容的影响,使得放大电路的放大倍数在低频和高频都会产生损失;

    频率响应是衡量放大电路对不同频率输入信号适应能力的一项技术指标

    频率响应(频率特性)

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    利用图形化的方式描述放大电路的幅频特性和相频特性,下图就是一个放大电路的幅频特性和相频特性,通过对他定性的观察,就可以发现这样一个放大电路在低频段和高频段增益都出现了损失,和之前对耦合电容以及晶体管的结电容对增益的影响的结论是相符合的。同时,还可以通过相频特性发现,在低频段和高频段还会产生超前和滞后的附加相移。基于此图就可以定义几个非常重要的频率参数。首先在中频段放大电路所对应的增益是最大的,将其称为通带增益。实际上,他就是之前一直在利用 h参数等效模型所求取的电压放大倍数。而随着频率的降低和升高,增益都会出现下降。在工程上,规定当增益下降到通带增益的0.707倍时,所对应的两个频率分别称为下限频率和上限频率。0.707是 1 / 2 1/\sqrt{2} 1/2 。那么当放大电路的频率在上下限频率的下一个位置的时候,放大电路的功率将会下降一半,因此这样一条线也称为半功率线。将上下限频率所规定的中间的频率范围称为通频带,也就是带宽。显然,带宽是最重要的一个放大电路的频率参数。因为在这样一个带宽里,可以认为不同频率信号所获得的增益和附加相移是相同的。因此,当他们在输出端叠加的时候,就不会产生幅度和相位失真。

    在这里插入图片描述
    通过这样一个图,可以对一个电路的频率特性一目了然,了解它的上下限,频率和带宽等等重要参数。但是在使用这样一个电路的时候,也会遇到麻烦,因为我们所处理的信号的频率范围非常宽,通常可以从几赫兹到几百兆赫以上。而放大电路的增益,也可能从体内达到百万倍的量级,那如果用线性坐标去描述这样一个幅频特性和相频特性的话显然这个图就非常非常的大了。可以用对数坐标所描述的波特图来在有限的视野之内,全面的了解一个电路的幅频特性和相频特性。所谓的波特图就是在横坐标上改原来的线性增长为指数增长,以对数坐标来表示频率的一个变化,那此时每一个刻度就代表了十倍频;对于幅频特性(纵坐标)来说,以分贝的形式来表示幅度的一个增长。也就是说,以 20log|Au| 的幅值来描述原来的线性增长的幅值,这样就可以极大地来压缩坐标。同时我们可以看到,大部分系统的频率响应,在局部范围之内是比较有规律的,因此我们通常可以将曲线做直线化处理,得到近似的折线化波特图,更加清晰地反映幅频特性和相频特性。

    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    这就刚才看到的放大电路的幅频特性和相频特性的波特图,显然此时的横轴仍然是频率,但是此处的频率已经是对数坐标下表示的了,也就是每一个刻度将是十倍频的关系。注意幅频特性的纵坐标已经变成了 20log 的这样一个分贝形式。所以可以看到在这样一个有限的视野之内,就可以对整个放大电路的频率特性一目了然,有效地压缩的坐标。这里需要强调的是,对于一个波特图来说,除了要标识出他的关键频率 fL 和fH 之外,还应该标示出这个折线化之后折线随频率变化的规律,例如每十倍频 -20dB的趋势。另外,还需要注意的是。在 fL 和 fH 处出现了一个拐点,在图中看上去这个拐点所处于的增益,仍然是通带增益 20log|A~usm|,但是实际的波特图中,在此处增益已经出现了下降,下降为原来的 0.707倍。这就是对上下限频率的定义,说明在这样的一个拐点处,增益较通带增益已经下降了3dB。因此通常也可以将上下限频率称为3dB频率。这一点是需要非常关注的。因此通过这样的一个波的图,可以非常全面的了解一个放大电路的频率特性。因此,得到这样的一个波的图,就是对放大电路进行匹配响应的一个主要目标。

    单时间常数RC电路的频率响应

    首先进行定性分析,看看频率对这个电路的影响。当信号频率较低时候,电容C的电抗较大,显然对信号的传输会产生较大的影响,而随着信号频率的逐渐增高,电容C的电抗迅速减小,甚至可以等效为短路,那此时信号就可以畅通无阻了。因此,可以看到,这个电路显然反映出一种阻低频,通高频的相应频率特性,将这样一种频率特性的电路称为高通电路。此外通过定性分析还不难发现,当电容C不在对信号的传输产生影响的时候,反应出输出Uo 应该等于 Ui ,所以电路的通带增益就1,这个电路的最大的增益,也就是通带增益。下面来定量的分析这个电路的频率特性增益的定义仍然是Uo 比上 Ui 。这里只需要将C视为 1/ jwC的电阻利用欧姆定律就可以得到这个电路的一个增益的表达式如下图。此时仍然定义RC为时间常数 τ,从而找到一个关键的频率 fL = 1/2πRC = 1/2πτ。将 fL 代入 Au 表达式,同时用2πf 来取代这里的 w 就可以得到一个关于 f 的增益表达式,此时就可以看到,这个电路增益就是一个频率的函数。取这样一个表达式的模和相角就得到电路的幅频特性和相频特性。

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    基于相频特性和幅频特性画出波特图

    对数幅频特性

    根据对数要求首先要将幅值做分贝化处理,20log形式,这里fL 和 f 是比值类的形式,那么就可以看看 fL和 f 的几种比较关系。当 f >> fL 时,显然这部分非常小,约等于 0,此时整个对数的幅频特性就等于 0dB,此时对应的就是通带增益幅值为 1 情况;随着频率的减小,当 f << fL 时,显然这一部分就会变得非常大,1 可以忽略不计,表达式就可写成 20lg f f   L   \frac{f}{f~L~} f L f,这反映出当信号小于 fL 时,幅频特性将以每十倍频20dB的速率来衰减;当 f = fL 时,将 fL 带入表达式就可发现,此时对数幅频特性为 -20lg 2 \sqrt{2} 2 ,就是 -3dB,这意味着增益较通带增益下降3dB。就是这个电路的截止频率,下限频率。

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    根据以上结论就可在对数坐标下画出这个电路折线化的幅频特性——波特图。

    可以看到当大于 fL 时电路的通带增益为 1 ,而随着频率减小将以每十倍频20dB的速率来衰减,频率越低增益的幅值就越小,反应出对低频信号较大的阻碍作用。对于此波特图需要特别强调的是在折线化的波特图中拐点出现在 fL 处,在此处虽然在折线化的波特图中是通带增益 1,但应该知道在此处增益已经下降 3dB。这3dB也是实际的幅频特性和折线化幅频特性的最大误差。

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    根据相频特性仍然考察 fL 和 f 的关系,当 f >> 10fL 时,显然这部分就约等于 0。那么附加相移就约为 0 °;而当 f << fL 时,此部分就趋于无穷大,此时附加相移就约为 90°;当 f = fL 时,附加相移是 45°。据此就可画出相频特性的波特图。

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    可以看出在高频段输入和输出信号相位是相同的,而随着信号频率的降低该电路将产生 0 ~ 90°的超前相移。对于这样的相频特性有两点需要注意;首先在相频特性中 fL 这样一个下线频率所对应的的附加相移不是 0°,而是有45°的超前,只有当频率达到了10fL 时候,附加相移才为 0°。其次和幅频特性一样实际的相频特性和折线化的相频特性最大误差也将出现在拐点处在 5.71°左右。

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    如果将电路中的电容和电阻位置互换,就可以得到他的对偶电路,不妨也来对他进行一个定性的分析。当信号的频率较低的时候,电容C的容抗较大,可以视为开路处理,信号可以畅通无阻地进行传输。随信号频率的增高,电容C的容抗逐渐减小,甚至可以等效为短路。显然,此时 Uo 就无法在响应Ui 的输入。所以可以发现这个电路显然是反映出通低频,阻高频的特性。所以是一个RC低通电路。同时通带增益也是为 1 。跟前面的高通电路一样,也可以首先将C视为 1/ jwC的电阻,求出增益的一个表达式,进而定义时间常数 τ 和关键频率1/2πτ 得到增益和 f 频率的关系。最后就可以得到他的幅频特性和相频特性。

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    同样也可以得到这个电路的幅频特性和相频特性的波特图。通过波特图,就不难发现,这个电路在频率特性方面的一些特点,首先当信号的频率较低的时候,小于fH 的时候反应出通带增益为 1 的这样的情况,信号的传输能够得以很好的保障。而随着频率的升高,增益的幅值将会以每十倍频 -20dB的速率衰减,表现出对高频信号的一个较强的阻碍作用。因此,这是一个通低频,阻高频的一个低通电路。而通过对 fH 这样一个关键频率的讨论可以发现,在 fH 频率点上电路的增益的幅值下降为通带增益的0.707%也就是衰减了3dB,因此他就是所定义的上限频率。在相频特性上就可以发现,在信号的频率较低的时候,可以保障输出和输入具有相同的相位,随着信号频率的增加,电路将会产生一个0 ~ 90° 的滞后的相移。

    在这里插入图片描述
    通过对一阶RC的高通和低通电路讨论可以得出以下一些结论:

    1、电路的截止频率也就是上限和下限,频率往往取决于电容所在回路的时间常数 τ。2、截止频率的表达式总可以写成 1 2 π τ \frac{1}{2πτ} 2πτ1的形式。这也就说如果能够在电路中找到这样一个电容回路,并且确定他的时间常数,就可以找到截止频率。

    3、对于一阶二阶电路来说,在截止频率处,增益的幅值将会下降3dB,而且会产生正负45°的附加相移。

    4、同时观察实际的波特图的特性,就可以发现。在局部区域内波特图是比较有规律的,因此,在分析中我们可以用折线化的近似波特图来描述电路的频率特性。

    RC低通和高通对比

    负45°的附加相移。

    4、同时观察实际的波特图的特性,就可以发现。在局部区域内波特图是比较有规律的,因此,在分析中我们可以用折线化的近似波特图来描述电路的频率特性。

    RC低通和高通对比

    在这里插入图片描述

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  • 喇叭音箱的频率范围和频率响应

    千次阅读 2018-12-08 21:17:15
    音箱的频率响应是指将一个以恒电压输出的音频信号与系统相连接时,音箱产生的声压随频率的变化而发生增大或衰减、相位随频率而发生变化的现象,这种声压和相位与频率的相关联的变化关系(变化量)称为频率响应,单位...

空空如也

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信号频率响应