Wykres Bodego to wykres, który opisuje, w jaki sposób obwód reaguje na różne częstotliwości. To mówi nam na przykład, że wzmacniacz ma słabą odpowiedź basową (niskie częstotliwości). Inżynierowie wykorzystują te wykresy, aby lepiej zrozumieć własne projekty, wybrać komponenty do nowego projektu lub określić, czy obwód może stać się niestabilny po zastosowaniu niewłaściwych częstotliwości.
Kroki
Część 1 z 8: Rozszerzona definicja
Jak wspomniano wcześniej, wykres Bodego to wykres opisujący reakcję obwodu na różne częstotliwości. Wykres Bode'a w szczególności pokazuje wzmocnienie obwodu w odniesieniu do częstotliwości. W rzeczywistości składa się z dwóch wykresów: odpowiedzi amplitudowej i odpowiedzi fazowej. Aby to zilustrować, poniżej pokazano przykładowy wykres Bodego:
Wzmocnienie napięcia w decybelach definiuje się jako:
G_dB=20*〖log〗_10 (Vout/Vin).
Dodatnie wzmocnienie oznacza wzmocnienie, a ujemne oznacza tłumienie. Więc jeśli obwód miał Vout 1 wolt i Vin √ 2 wolty (spadek napięcia), jego wzmocnienie byłoby:
G_dB=20〖*log〗_10 (1/√2)=-3 dB.
Oznaczenie -3 dB jest ważne, ponieważ wskazuje, gdzie moc wyjściowa obwodu (nie napięcie!) stanowi dokładnie połowę jego mocy wejściowej.
Wykres fazowy opisuje, jak różne częstotliwości potrzebują stosunkowo krótszego lub dłuższego czasu, aby przejść przez obwód. Każda częstotliwość z odczytem fazy wynoszącym -180º lub -π radianów będzie niestabilna przy tej częstotliwości.
Aby utworzyć wykres Bodego z istniejącego obwodu, przetestuj obwód z zakresem częstotliwości. Zasięg ten zależy od danej aplikacji, takiej jak transmisja dźwięku lub danych. Stymuluj wejście obwodu prostą falą sinusoidalną o interesujących częstotliwościach. Zmierz wejście i wyjście za pomocą oscyloskopu i porównaj różnicę między nimi. Zapisz te różnice w arkuszu kalkulacyjnym, a następnie narysuj je, aby zobaczyć ostateczny wykres Bode'a. W razie potrzeby dane można zestawiać i wykreślać ręcznie.
[Wyd. Uwaga: W tym samouczku brakuje niektórych figur. Jeśli wiesz, co dodać, użyj narzędzia dodawania obrazów, aby przesłać odpowiednie dane.]
Część 2 z 8: Podłączanie sprzętu
Krok 1. Sprawdź, czy generator funkcyjny i oscyloskop są podłączone do najbliższego gniazdka sieciowego
Krok 2. Podłącz pierwszą sondę do złącza „50 Ω OUTPUT” w prawym dolnym rogu generatora funkcji
- a. Podłącz czerwony dodatni przewód do zacisku wejściowego obwodu.
- b. Podłącz czarny przewód ujemny do zacisku uziemienia obwodu.
Krok 3. Podłącz drugą sondę do złącza „CH 1” z przodu oscyloskopu
- a. Podłącz czerwony dodatni przewód do zacisku wejściowego obwodu.
- b. Podłącz czarny przewód ujemny do zacisku uziemienia obwodu.
Krok 4. Podłącz trzecią sondę do złącza „CH 2” z przodu oscyloskopu
- a. Podłącz czerwony dodatni przewód do zacisku wyjściowego obwodu.
- b. Podłącz czarny przewód ujemny do zacisku uziemienia obwodu (chyba, że laboratorium TA zaleci inaczej).
Krok 5. Upewnij się, że kable nie zwisają poza krawędź obszaru roboczego
Krok 6. Dokładnie sprawdź połączenia
Powinny być takie, jak pokazano na rysunku 1.
Rysunek 1 – Połączenia Twojego sprzętu
Część 3 z 8: Włącz sprzęt
Krok 1. Naciśnij przycisk zasilania (oznaczony „O/I”) w górnej części oscyloskopu
Krok 2. Naciśnij przycisk „POWER” w prawym górnym rogu generatora funkcji
Krok 3. Po wykonaniu autotestu urządzenie powinno wyglądać podobnie do tego, co pokazano na rysunku 2 (w tym kroku)
Część 4 z 8: Ustaw częstotliwość i amplitudę generatora funkcji
Krok 1. Naciśnij przycisk poniżej „FREQ
” na generatorze funkcji. Zaświeci się lampka nad przyciskiem. Twój ekran powinien wyglądać podobnie do rysunku pokazanego w tym kroku.
Krok 2. Ustaw częstotliwość na najniższą, którą chcesz przetestować, swoją początkową częstotliwość
Można to zrobić za pomocą dużego pokrętła na generatorze funkcji lub za pomocą czterech przycisków programowych pod wyświetlaczem. Przyciski oznaczone „- val +” zmieniają cyfrę pod kursorem, a przyciski „” przesuwają kursor.
Krok 3. Naciśnij przycisk poniżej „AMPL
” na generatorze funkcji. Zaświeci się lampka nad przyciskiem. Twój ekran powinien teraz wyglądać podobnie do rysunku 5.
Krok 4. Dostosuj amplitudę do napięcia określonego w procedurze laboratoryjnej dla testowanego obwodu, używając tego samego pokrętła lub przycisków programowych
Zauważ, że jest to Vpp, napięcie międzyszczytowe. Maksymalne (dodatnie) i minimalne (ujemne) napięcie fali będzie równe połowie napięcia międzyszczytowego.
Krok 5. Naciśnij przycisk „OUTPUT” na generatorze funkcji
Zaświeci się lampka po lewej stronie przycisku.
Część 5 z 8: Ustaw okno oscyloskopu
Krok 1. Naciśnij przycisk „DEFAULT SETUP” w prawym górnym rogu oscyloskopu
Jego wyświetlacz powinien wyglądać podobnie do rysunku 6. Fala może pojawić się na wyświetlaczu lub może pokazywać tylko szum. Kolejne kroki skoncentrują się na tym.
Krok 2. Naciśnij przycisk „AUTOSET” w prawym górnym rogu oscyloskopu
Jego wyświetlacz powinien wyglądać podobnie do rysunku 7, a fale powinny być wyostrzone.
Krok 3. Naciśnij drugi klawisz programowy od góry
To mówi oscyloskopowi, aby wyświetlał pojedynczy okres fali. Twój wyświetlacz powinien wyglądać jak na rysunku 7.
Przyciski programowe oscyloskopu znajdują się po prawej stronie wyświetlacza
Krok 4. Naciśnij przycisk „MEASURE” w górnej środkowej części oscyloskopu
Zostanie wyświetlony domyślny ekran pomiaru, taki jak na rysunku 8.
Krok 5. Naciśnij górny przycisk programowy na oscyloskopie, aby wybrać pierwszy pomiar
Naciskaj górny przycisk programowy oznaczony „Source”, aż pojawi się „CH1”. Naciśnij drugi przycisk programowy od góry, oznaczony „Typ”, aż pojawi się „Częst”. Twój wyświetlacz powinien wyglądać tak, jak na rysunku 9. Naciśnij dolny przycisk programowy, aby wrócić.
Krok 6. Naciśnij drugi od góry przycisk programowy, aby wybrać drugi pomiar
Naciskaj górny przycisk programowy oznaczony „Source”, aż pojawi się „CH1”. Naciśnij drugi przycisk programowy od góry oznaczony „Typ”, aż pojawi się „Pk-Pk”. Twój wyświetlacz powinien wyglądać jak na rysunku 10. Naciśnij dolny przycisk programowy, aby wrócić.
Krok 7. Naciśnij trzeci od góry przycisk programowy, aby wybrać trzeci pomiar
Naciskaj górny przycisk programowy oznaczony „Source”, aż pojawi się „CH2”. Naciśnij drugi przycisk programowy od góry, oznaczony „Typ”, aż pojawi się „Częst”. Twój wyświetlacz powinien wyglądać jak na rysunku 11. Naciśnij ostatni klawisz programowy (piąty od góry), aby wrócić.
Krok 8. Naciśnij czwarty od góry przycisk programowy, aby wybrać czwarty pomiar
Naciskaj górny przycisk programowy oznaczony „Source”, aż pojawi się „CH2”. Naciśnij drugi przycisk programowy od góry oznaczony „Typ”, aż pojawi się „Pk-Pk”. Twój wyświetlacz powinien wyglądać jak na rysunku 12. Naciśnij dolny przycisk programowy, aby wrócić.
Krok 9. Obróć pokrętło „HORIZONTAL SEC/DIV” nieco w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, aż usłyszysz kliknięcie
Twój wyświetlacz powinien teraz pokazywać więcej niż jeden okres, tak jak na rysunku 13. Pomiary częstotliwości CH1 i CH2 powinny zmienić się z „?” do prawdziwego czytania.
Krok 10. Naciśnij przycisk „CURSOR” w górnej środkowej części oscyloskopu
Domyślny ekran powinien wyglądać jak na rysunku 14.
Krok 11. Naciskaj górny przycisk programowy obok „Typ”, aż pojawi się „Czas”
Środek prawej kolumny ekranu pokazuje nam interesujące nas odczyty: Δt i ΔV. Poniżej pokazane są odczyty dla Kursora 1 i Kursora 2.
Część 6 z 8: Tworzenie arkusza do rejestrowania danych
Krok 1. Na komputerze laboratoryjnym otwórz program Excel i uruchom nowy arkusz kalkulacyjny
Oznacz kolumny „Częstotliwość”, „Vin”, „dV”, „Vout”, „Opóźnienie”, „Faza” i „Wzmocnienie”.
Krok 2. W polu „Częstotliwość” wprowadź każdą częstotliwość, którą planujesz przetestować (patrz procedury laboratoryjne)
Krok 3. Poniżej „Vout” w komórce D2 wprowadź tę formułę:
=B2+C2
Krok 4. Naciśnij klawisz powrotu
„=B2+C2” zmienia się w zero, ponieważ nie wprowadziliśmy niczego do B2 ani C2.
Krok 5. Naciśnij Ctrl + D, a następnie wróć
Formuła jest kopiowana z D2 do D3, a Excel automatycznie zmienia jej formułę na „= B3 + C3”. Naciskaj Ctrl + D, a następnie wróć, aż wypełnisz kolumnę dla każdej ze swoich częstotliwości.
Krok 6. Poniżej „Faza” w komórce F2 wprowadź tę formułę:
=2*pi()*A2*E2
Krok 7. Naciśnij klawisz powrotu
Naciśnij Ctrl+D, a następnie wróć tak jak poprzednio, aby wypełnić kolumnę.
Krok 8. Poniżej „Zysk” w komórce G2 wprowadź tę formułę:
=20*log10(D2/B2)
Krok 9. Naciśnij klawisz powrotu
Naciśnij Ctrl+D, a następnie wróć tak jak poprzednio, aby wypełnić kolumnę. Na razie zignoruj błędy.
Krok 10. Zapisz ten arkusz, aby użyć go jako szablonu
Możesz go użyć przy następnym tworzeniu wykresu Bodego, co pozwoli Ci pominąć Część 6.
Część 7 z 8: Uzyskiwanie danych do wykresu Bodego
Krok 1. Twój oscyloskop powinien nadal znajdować się na wyświetlaczu kursora od końca części 5
Jeśli tak nie jest, naciśnij przycisk „CURSOR” w górnej środkowej części oscyloskopu.
Krok 2. Obróć pokrętło „HORIZONTAL SEC/DIV”, aby powiększyć falę, tak aby widoczny był pojedynczy okres
Krok 3. Naciśnij czwarty przycisk programowy od góry, aby wybrać Kursor 1
Krok 4. Obróć pokrętło „wielofunkcyjne” znajdujące się na środku górnej części oscyloskopu, aby przesunąć kursor
Pokrętło jest nieopisane i znajduje się tuż nad przyciskiem „PRINT”.
Krok 5. Ustaw kursor tak, aby zrównał się z samym szczytem fali CH1 (górna, w kolorze pomarańczowym)
Krok 6. Naciśnij ostatni przycisk programowy (piąty od góry), aby wybrać Kursor 2
Krok 7. Obróć pokrętło „wielofunkcyjne” znajdujące się na środku górnej części oscyloskopu, aby przesunąć kursor
Ustaw kursor tak, aby zrównał się z samą górną częścią fali CH2 (niższa, na niebiesko).
Krok 8. Zapisz swoje dane w arkuszu kalkulacyjnym:
- a. Vin – odczyt napięcia pod Kursorem 1 (820 mV w powyższym przykładzie; zapisz to jako 0,820 w arkuszu kalkulacyjnym)
- b. dV – odczyt obok ΔV (20,0 mV w powyższym przykładzie; zapisz to jako 0,020 w arkuszu kalkulacyjnym)
- C. Opóźnienie – odczyt obok Δt (160,0 µs w powyższym przykładzie; zapisz to jako 0,000160 w arkuszu kalkulacyjnym).
Część 8 z 8: Tworzenie wykresu Bodego
Krok 1. Dla wykresu Gain:
Wprowadź tutaj jeden krok, a następnie kliknij 1. Wybierz kolumny Częstotliwość i Wzmocnienie.
Krok 2. Kliknij „Wstaw” i poszukaj opcji „Wykres punktowy”
Krok 3. Kliknij prawym przyciskiem myszy oś pionową i wybierz „Formatuj oś…”
Krok 4. Kliknij „Skala logarytmiczna”
Krok 5. Kliknij prawym przyciskiem myszy oś poziomą i wybierz „Formatuj oś…”
Krok 6. Kliknij „Skala logarytmiczna”
Krok 7. Dla wykresu fazy:
Wybierz kolumny Częstotliwość i Wzmocnienie.
Krok 8. Wpisz tutaj jeden krok, a następnie kliknij „Wstaw” i poszukaj opcji „Wykres punktowy”
Krok 9. Kliknij prawym przyciskiem myszy oś poziomą i wybierz „Formatuj oś…”
Krok 10. Kliknij „Skala logarytmiczna”
Porady
-
Jeśli wyświetlacz nadal jest głośny lub błędny, sprawdź następujące elementy:
- a. Sprawdź, czy wyjście generatora funkcji jest włączone (część 3, krok 5).
- b. Sprawdź, czy jakiekolwiek kable lub połączenia nie poluzowały się (część 1, kroki 1-4).
- c. Skalibruj sondy (poproś TA o instrukcje na ten temat).
- d. Wypróbuj inny kabel (część 1, kroki 1-4), ponieważ kabel może być uszkodzony.
- Zwróć uwagę, że te odczyty kursora dotyczą obu kanałów wymienionych w sekcji „Źródło”. Zauważ również, że zmiana kanału źródłowego wpływa na oba kursory jednocześnie. Oscyloskop nie pozwala nam nadać każdemu kanałowi własnego kursora. Nie zapisz przypadkowo kursora 1 jako CH1 i kursora 2 jako CH2 w swoich danych laboratoryjnych!
