Biểu đồ Bode
Tổng quan

Trong nhiều đóng góp quan trọng của ông về lý thuyết mạch và lý thuyết điều khiển tự động, kỹ sư Hendrik Wade Bode, trong khi làm việc tại Bell Labs ở Mỹ trong những năm 1930, đã phát minh ra một phương pháp đơn giản nhưng chính xác để vẽ đồ thị độ lợi và độ dịch chuyển pha. Những biểu đồ này được mang tên ông, biểu đồ độ lợi Bode biểu đồ pha Bode. "Bode" được phát âm là /'boʊdi/ boh-dee (Hà Lan: ['boːdə]).
Bode đã phải đối mặt với các vấn đề về thiết kế bộ khuếch đại ổn định với thông tin phản hồi để sử dụng trong các mạng điện thoại. Ông đã phát triển các kỹ thuật thiết kế đồ họa của biểu đồ Bode để hiển thị biên độ độ lợi và biên độ pha cần thiết để duy trì sự ổn định dưới sự biến đổi đặc tính mạch gây ra trong quá trình sản xuất hoặc trong quá trình hoạt động.  Các nguyên tắc phát triển đã được áp dụng để thiết kế các bài toán của cơ cấu servo và hệ thống điều khiển phản hồi khác. Biểu đồ Bode là một ví dụ về phân tích trong miền tần số.
Trục biên độ của biểu đồ Bode thường được biểu diễn theo decibel của công suất, bởi các quy tắc 20 log: 20 lần so với thông thường (cơ số 10) logarit của biên độ. Với biên độ theo logarit, biểu đồ Bode nhân với các biên độ đơn giản hóa việc thêm khoảng cách trên đồ thị (theo decibel), vì
Một biểu đồ Bode là một đồ thị của pha theo tần số, cũng được vẽ theo trục logarit của tần số, thường sử dụng trong liên kết với biểu đồ biên độ, để ước lượng một tín hiệu cần được dịch chuyển pha bao nhiêu. Ví dụ một tín hiệu được miêu tả bởi:  A\sin(\omega t) có thể bị suy giảm nhưng không dịch chuyển pha. Nếu hệ thống suy giảm nó bởi một hệ số  x và dịch chuyển pha nó bởi  -\Phi  đầu ra tín hiệu của hệ thống sẽ là  ({\frac {A}{x}})\sin(\omega t-\Phi ). Dịch chuyển pha  \Phi  thường là một hàm tần số.
Pha cũng có thể được thêm trực tiếp từ các giá trị đồ họa, một thực tế rõ ràng khi pha được xem là phần ảo của hàm phức logarit của một độ lợi phức.
Trong hình 1(a), các biểu đồ Bode được thể hiện cho hàm bộ lọc thông cao một cực:
Trong đó f là tần số theo Hz, và f1 là vị trí cực theo Hz, f1 = 100 Hz như trong hình. Sử dụng các quy tắc cho số phức, biên độ của hàm này là
và pha là:
Cần phải cẩn thận rằng các tiếp tuyến nghịch đảo được thiết lập để đưa về độ, chứ không phải là radian. Trên biểu đồ biên độ Bode, decibel được sử dụng, và độ lớn được vẻ là:
Trong hình 1(b), Các biểu đồ Bode dùng để thể hiện hàm bộ lọc thông thấp một cực:
Cũng thể hiện trong hình 1(a) và 1(b) là xấp xỉ tuyến tính để các biểu đồ Bode được sử dụng trong phân tích bằng tay, và được mô tả sau này.
Độ lớn và pha biểu đồ Bode hiếm khi có thể được thay đổi độc lập với nhau - thay đổi các đáp ứng biên độ của hệ thống sẽ thay đổi các đặc tính pha và ngược lại. Đối với hệ thống tối thiểu pha các đặc tính pha và biên độ có thể thu được qua lại với việc sử dụng biến đổi Hilbert.
Nếu hàm truyền là một hàm phân thức với các cực thực và zero, thì biểu đồ Bode có thể được xấp xỉ bằng các đường thẳng. Những xấp xỉ tiệm cận này được gọi là biểu đồ Bode đường thẳng hoặc biểu đồ Bode chưa được chỉnh sửa và rất hữu dụng bởi chúng có thể được vẽ bằng tay theo một vài quy tắc đơn giản. Các biểu đồ đơn giản thậm chí có thể được dự đoán mà không vẽ chúng.
Xấp xỉ này có thể được thực hiện bằng cách điều chỉnh giá trị ở mỗi tần số cắt. Biểu đồ được sau đó được gọi là một biểu đồ Bode đã chỉnh sửa.