Ako vytvoriť graf Bode?

Ak chcete vytvoriť Bodeov diagram z existujúceho obvodu, otestujte obvod s rozsahom frekvencií.

Bodeov diagram je graf, ktorý popisuje, ako obvod reaguje na rôzne frekvencie. To nám napríklad hovorí, že zosilňovač má slabú basovú (nízkofrekvenčnú) odozvu. Inžinieri používajú tieto grafy na lepšie pochopenie vlastných návrhov, na výber komponentov pre nový dizajn alebo na určenie, či sa obvod môže stať nestabilným pri použití nesprávnych frekvencií.

Časť 1 z 8: rozšírená definícia

Ako už bolo spomenuté, Bodeov diagram je graf, ktorý popisuje, ako obvod reaguje na rôzne frekvencie. Bode plot konkrétne ukazuje zisk obvod je s ohľadom na frekvenciu. V skutočnosti pozostáva z dvoch grafov: odozva veľkosti a fázová odozva. Na ilustráciu je to znázornené nižšie na obrázku:

Keď budete potrebovať vytvoriť Bodeov diagram — Môžete ho použiť nabudúce, keď budete potrebovať vytvoriť Bodeov diagram, ktorý vám umožní preskočiť časť 6.

Zisk napätia v decibeloch je definovaný ako:
G_dB = 20*〖log〗 _10 (Vout/Vin).
Pozitívny zisk znamená zosilnenie a negatívny zisk znamená útlm. Ak by teda obvod mal Vout 1 volt a Vin √2 voltov (pokles napätia), jeho zisk by bol:
G_dB = 20 〖*log〗 _10 (1/√2) =-3 dB.
Táto značka -3 dB je dôležitá, pretože naznačuje, kde je výstupný výkon obvodu (nie napätie!) Presne polovica jeho vstupného výkonu.
Fázový diagram popisuje, ako cestovanie obvodom rôznym frekvenciám trvá relatívne kratší alebo dlhší čas. Akákoľvek frekvencia s fázovým čítaním -180° alebo -π radiánov bude pri tejto frekvencii nestabilná.
Ak chcete vytvoriť Bodeov diagram z existujúceho obvodu, otestujte obvod s rozsahom frekvencií. Toto dosah závisí od konkrétnej aplikácie, napríklad od prenosu zvuku alebo údajov. Stimulujte vstup obvodu jednoduchou sínusovou vlnou na požadovaných frekvenciách. Vstup a výstup zmerajte osciloskopom a porovnajte rozdiel medzi nimi. Zaznamenajte tieto rozdiely do tabuľky a potom ich graficky zobrazte, aby ste videli konečný Bodeov diagram. V prípade potreby je možné údaje namiesto toho ručne tabuľkovo zostaviť a vykresliť.

[Ed. poznámka: Niektoré obrázky v tomto návode chýbajú. Ak viete, čo pridať, nahrajte príslušné obrázky pomocou nástroja na pridanie obrázku. ]

Časť 2 z 8: Pripojenie zariadenia

1

Skontrolujte, či je generátor funkcií a osciloskop pripojený k najbližšej zásuvke striedavého prúdu.
2
Pripojte prvú sondu ku konektoru „50 ω výstup“ v prednom dolnom pravom rohu funkčného generátora.
- a. Pripojte červený kladný vodič k vstupnému terminálu vášho obvodu.
- b. Pripojte čierny záporný vodič k uzemňovacej svorke vášho obvodu.
3
Druhú sondu pripojte ku konektoru „ch 1“ na prednej strane osciloskopu.
- a. Pripojte červený kladný vodič k vstupnému terminálu vášho obvodu.
- b. Pripojte čierny záporný vodič k uzemňovacej svorke vášho obvodu.
4
Pripojte tretiu sondu ku konektoru „ch 2“ na prednej strane osciloskopu.
- a. Pripojte červený kladný vodič k výstupnému terminálu vášho obvodu.
- b. Pripojte čierny záporný vodič k uzemňovacej svorke vášho obvodu (pokiaľ laboratórna TA neurčí inak).
5

Uistite sa, že káble nevisia cez okraj pracovného priestoru.
6

Znova skontrolujte pripojenia. Mali by byť také, ako je znázornené na obrázku 1.

Časť 3 z 8: zapnite zariadenie

1

Stlačte tlačidlo napájania (označené „o/i“) na hornej strane osciloskopu.
2

Stlačte tlačidlo „napájanie“ v prednom pravom hornom rohu generátora funkcií.
3

Potom, čo zariadenie vykoná svoj automatický test, malo by to vyzerať podobne ako na obrázku 2 (zobrazené v tomto kroku).

Ako už bolo spomenuté, Bodeov diagram je graf, ktorý popisuje, ako obvod reaguje na rôzne frekvencie.

Časť 4 z 8: Nastavte frekvenciu a amplitúdu generátora funkcií

1

Na generátore funkcií stlačte tlačidlo pod „frekv. “. Kontrolka nad tlačidlom sa rozsvieti. Vaša obrazovka by mala vyzerať podobne ako na obrázku zobrazenom v tomto kroku.
2

Nastavte frekvenciu na najnižšiu frekvenciu, ktorú chcete testovať, svoju počiatočnú frekvenciu. To sa dá dosiahnuť veľkým voličom na generátore funkcií alebo štyrmi softvérovými klávesmi pod displejom. Tlačidlá označené „- val +“ menia číslicu pod kurzorom a tlačidlá „<cur>“ posúvajú kurzor.
3

Na generátore funkcií stlačte tlačidlo pod „ampl. “. Kontrolka nad tlačidlom sa rozsvieti. Vaša obrazovka by teraz mala vyzerať podobne ako na obrázku 5.
4

Nastavte amplitúdu na napätie špecifikované v laboratórnom postupe pre testovaný obvod pomocou rovnakého voliča alebo softvérových kláves. Všimnite si, že toto je Vpp, napätie medzi špičkami. Maximálne (kladné) a minimálne (záporné) napätie vlny bude polovičné napätie medzi špičkami.
5

Na funkčnom generátore stlačte tlačidlo „výstup“. Rozsvieti sa svetlo naľavo od tlačidla.

Časť 5 z 8: Nastavte okno osciloskopu

1

Stlačte tlačidlo „predvolené nastavenie“ v pravom hornom rohu osciloskopu. Jeho displej by mal vyzerať podobne ako na obrázku 6. Na displeji sa môže objaviť vlna alebo môže zobrazovať iba šum. Nasledujúce kroky ho zamerajú.
2

Stlačte tlačidlo „autoset“ v pravom hornom rohu osciloskopu. Jeho displej by mal vyzerať podobne ako na obrázku 7 a vlny by sa mali javiť ako zaostrené.
3
Stlačte druhé softvérové tlačidlo zhora. To hovorí osciloskopu, aby zobrazil jednu periódu vlny. Váš displej by mal vyzerať ako na obrázku 7.
- Softklávesy osciloskopu sú umiestnené napravo od displeja.
4

Stlačte tlačidlo „zmerať“ v strede hore na osciloskope. Zobrazí sa predvolená obrazovka merania, ako je tá na obrázku 8.
5

Prvé meranie zvolíte stlačením horného softvérového klávesu na osciloskope. Stláčajte horné softvérové tlačidlo s označením „Zdroj“, kým sa nezobrazí „CH1“. Stlačte druhé softvérové tlačidlo zhora označené „Typ“, kým sa nezobrazí „Freq“. Váš displej by mal vyzerať ako na obrázku 9. Stlačením spodného softvérového klávesu sa vrátite späť.
6

Druhé meranie vyberiete stlačením druhého softvérového klávesu zhora. Stláčajte horné softvérové tlačidlo s označením „Zdroj“, kým sa nezobrazí „CH1“. Stlačte druhé softvérové tlačidlo zhora označené „Typ“, kým sa nezobrazí „Pk-Pk“. Váš displej by mal vyzerať ako na obrázku 10. Stlačením spodného softvérového klávesu sa vrátite späť.
7

Tretie meranie vyberiete stlačením tretieho softvérového klávesu zhora. Stláčajte horné softvérové tlačidlo s názvom „Zdroj“, kým sa nezobrazí „CH2“. Stlačte druhé softvérové tlačidlo zhora označené „Typ“, kým sa nezobrazí „Freq“. Váš displej by mal vyzerať ako na obrázku 11. Ak sa chcete vrátiť späť, stlačte posledné softvérové tlačidlo (piate zhora).
8

Štvrté meranie vyberiete stlačením štvrtého softvérového klávesu zhora. Stláčajte horné softvérové tlačidlo s označením „Zdroj“, kým sa nezobrazí „CH2“. Stlačte druhé softvérové tlačidlo zhora označené „Typ“, kým sa nezobrazí „Pk-Pk“. Váš displej by mal vyzerať ako na obrázku 12. Stlačením spodného softvérového klávesu sa vrátite späť.
9

Otočte gombík „horizontálne sek/div“ trochu proti smeru hodinových ručičiek, kým raz nezacvakne. Váš displej by teraz mal zobrazovať viac ako jednu periódu, podobne ako displej na obrázku 13. Frekvenčné merania CH1 a CH2 by sa mali zmeniť z „?“ k pravdivému čítaniu.
10

Stlačte tlačidlo „kurzor“ v strede hore na osciloskope. Predvolená obrazovka by mala vyzerať ako na obrázku 14.
11

Stláčajte horné softvérové tlačidlo vedľa položky „písať“, kým sa nezobrazí „čas“. Stred pravého stĺpca obrazovky nám ukazuje hodnoty, ktoré nás zaujímajú: Δt a ΔV. Pod tým sú zobrazené hodnoty pre kurzor 1 a kurzor 2.

Časť 6 z 8: Vytvorenie pracovného hárka na zaznamenanie vašich údajov

1

Na laboratórnom počítači otvorte program Excel a spustite novú tabuľku. Označte stĺpce „Frekvencia“, „Vin“, „dV“, „Vout“, „Oneskorenie“, „Fáza“ a „Zisk“.
2

Pod „frekvencia“ zadajte každú frekvenciu, ktorú plánujete testovať (pozrite si laboratórne postupy).
3

Pod „vout“ v bunke d2 zadajte tento vzorec: = B2+C2
4

Stlačte návrat. „= B2+C2“ sa zmení na nulu, pretože sme do B2 alebo C2 nič nezadali.
5

Stlačte kombináciu klávesov ctrl+d a potom sa vráťte. Vzorec sa skopíruje z D2 do D3, pričom Excel svoj vzorec automaticky zmení na „= B3+C3“. Pokračujte stlačením klávesov Ctrl+D a potom sa vráťte, kým nevyplníte stĺpec pre každú z vašich frekvencií.
6

Pod „fázou“ v bunke f2 zadajte tento vzorec: = 2*pi ()*A2*E2
7

Stlačte návrat. Stlačte Ctrl+D a potom sa vráťte tak, ako ste to urobili predtým, aby ste vyplnili stĺpec.
8

Pod „zisk“ v bunke g2 zadajte tento vzorec: = 20*log10 (D2/B2)
9

Stlačte návrat. Stlačte Ctrl+D a potom sa vráťte tak, ako ste to urobili predtým, aby ste vyplnili stĺpec. Chyby zatiaľ ignorujte.
10

Uložte tento pracovný hárok a použite ho ako šablónu. Môžete ho použiť nabudúce, keď budete potrebovať vytvoriť Bodeov diagram, ktorý vám umožní preskočiť časť 6.

Ako cestovanie obvodom rôznym frekvenciám trvá relatívne kratší alebo dlhší čas — Fázový diagram popisuje, ako cestovanie obvodom rôznym frekvenciám trvá relatívne kratší alebo dlhší čas.

Časť 7 z 8: Získanie údajov o bode bode

1

Váš osciloskop by mal byť stále na kurzorovom displeji od konca časti 5. Ak nie je, stlačte tlačidlo „CURSOR“ v strede hore osciloskopu.
2

Otočením gombíka „horizontálne s/div“ priblížite vlnu, aby sa zobrazila jedna bodka.
3

Kurzor 1 vyberiete stlačením štvrtého softvérového klávesu zhora.
4

Otočením „multifunkčného“ gombíka v strede hornej časti osciloskopu pohybujete kurzorom. Gombík je neoznačený a nachádza sa tesne nad tlačidlom „PRINT“.
5

Umiestnite kurzor tak, aby bol zarovnaný so samým vrchom vlny ch1 (horná, oranžová).
6

Kurzor 2 vyberiete stlačením posledného softvérového klávesu (piateho zhora).
7

Otočením „multifunkčného“ gombíka v strede hornej časti osciloskopu pohybujete kurzorom. Umiestnite kurzor tak, aby bol zarovnaný so samým vrchom vlny CH2 (dolná, modrá).
8
Do tabuľky zadajte svoje údaje:
- a. Vin - čítanie napätia pod kurzorom 1 (820 mV v príklade vyššie; zaznamenajte to ako 0,820 do svojej tabuľky)
- b. dV - údaj vedľa ΔV (20,0 mV vo vyššie uvedenom príklade; zaznamenajte to ako 0,020 do svojej tabuľky)
- c. Oneskorenie - údaj vedľa Δt (160,0 µs vo vyššie uvedenom príklade; zaznamenajte to ako 0,000160 do svojej tabuľky).

Prečítajte si tiež: Ako nakresliť tváre kopickými značkami?

Časť 8 z 8: Vytvorenie zápletky bode

1

Graf zosilnenia: Tu zadajte jeden krok a potom kliknite na 1. Vyberte stĺpce Frekvencia a Zisk.
2

Kliknite na „vložiť“ a vyhľadajte možnosť „bodový graf“.
3

Pravým tlačidlom myši kliknite na zvislú os a zvoľte „formátovať os...“
4

Kliknite na „logaritmickú stupnicu“
5

Kliknite pravým tlačidlom myši na vodorovnú os a zvoľte „formátovať os...“
6

Kliknite na „logaritmickú stupnicu“
7

Pre fázový diagram: Vyberte stĺpce Frekvencia a Zisk.
8

Tu zadajte jeden krok a potom kliknite na „vložiť“ a vyhľadajte možnosť „bodový graf“.
9

Kliknite pravým tlačidlom myši na vodorovnú os a zvoľte „formátovať os...“
10

Kliknite na „logaritmickú stupnicu“.

Tipy

Ak je displej stále hlučný alebo nepravidelný, skontrolujte nasledujúce:
- a. Skontrolujte, či je zapnutý výstup generátora funkcií (časť 3, krok 5).
- b. Skontrolujte, či sa neuvoľnili všetky káble alebo pripojenia (časť 1, kroky 1-4).
- c. Kalibrujte svoje sondy (o tom požiadajte CK).
- d. Skúste iný kábel (časť 1, kroky 1-4), pretože môže dôjsť k poškodeniu kábla.
Tieto hodnoty kurzora sú pre kanál uvedený v časti „Zdroj“. Všimnite si tiež, že zmena zdrojového kanála ovplyvní oba kurzory súčasne. Osciloskop nám neumožňuje priradiť každému kanálu vlastný kurzor. Nezaznamenajte omylom kurzor 1 ako CH1 a kurzor 2 ako CH2 do laboratórnych údajov!

Varovania

Pozor - nebezpečenstvo šoku. Tento postup zahŕňa elektricky napájané obvody. Aj keď sú napätia a prúdy použité v tomto postupe nízke, existuje možnosť úrazu elektrickým prúdom. Počas merania sa nedotýkajte drôtov ani obvodov a dodržujte laboratórne bezpečnostné opatrenia, aby bol váš pracovný priestor bez úrazov.

Veci, ktoré budete potrebovať

Osciloskop (tu sa používa Tektronix TDS2012b)
Generátor funkcií (tu sa používa Hameg HM8131)
Tri osciloskop sondy (žiadny špecifický typ sa nazýva k)
Okruh, ktorý sa má testovať
Počítač s tabuľkovým procesorom (tu sa používa Microsoft Excel 2013)