График Боде - это график, который описывает, как цепь реагирует на разные частоты. Это говорит нам, например, о том, что усилитель имеет плохую басовую (низкочастотную) характеристику. Инженеры используют эти графики, чтобы лучше понять свои собственные конструкции, выбрать компоненты для новой конструкции или определить, может ли схема стать нестабильной при применении неправильных частот.
Шаги
Часть 1 из 8: Расширенное определение
Как упоминалось ранее, график Боде - это график, который описывает, как цепь реагирует на разные частоты. График Боде конкретно показывает коэффициент усиления схемы по отношению к частоте. Фактически он состоит из двух графиков: амплитудной характеристики и фазовой характеристики. Чтобы проиллюстрировать это, ниже показан пример графика Боде:
Коэффициент усиления напряжения в децибелах определяется как:
G_dB = 20 * log〗 _10 (Vout / Vin).
Положительное усиление означает усиление, а отрицательное - ослабление. Итак, если бы схема имела Vout равное 1 вольт и Vin, равное √2 вольта (падение напряжения), ее коэффициент усиления был бы:
G_dB = 20 〖* log〗 _10 (1 / √2) = - 3 дБ.
Эта отметка -3 дБ важна, поскольку она указывает, где выходная мощность схемы (не напряжение!) Составляет ровно половину ее входной мощности.
Фазовый график показывает, насколько разным частотам требуется относительно меньшее или большее время для прохождения по цепи. Любая частота с показанием фазы -180º или –π радиан будет нестабильной на этой частоте.
Чтобы создать график Боде из существующей схемы, протестируйте схему с диапазоном частот. Этот диапазон зависит от конкретного приложения, такого как передача звука или данных. Стимулируйте вход схемы простой синусоидальной волной на интересующих частотах. Измерьте вход и выход с помощью осциллографа и сравните разницу между ними. Запишите эти различия в электронную таблицу, а затем изобразите их, чтобы увидеть окончательный график Боде. При желании данные могут быть сведены в таблицы и нанесены на график вручную.
[Ред. примечание: некоторые рисунки отсутствуют в этом руководстве. Если вы знаете, что добавить, используйте инструмент суммирования изображений, чтобы загрузить соответствующие рисунки.]
Часть 2 из 8: Подключение оборудования
Шаг 1. Убедитесь, что функциональный генератор и осциллограф подключены к ближайшей розетке переменного тока
Шаг 2. Подключите первый датчик к разъему «50 Ω OUTPUT» в правом нижнем переднем углу функционального генератора
- а. Подключите красный положительный провод к входной клемме вашей цепи.
- б. Подключите черный отрицательный провод к клемме заземления вашей цепи.
Шаг 3. Подключите второй пробник к разъему «CH 1» на передней панели осциллографа
- а. Подключите красный положительный провод к входной клемме вашей цепи.
- б. Подключите черный отрицательный провод к клемме заземления вашей цепи.
Шаг 4. Подключите третий щуп к разъему «CH 2» на передней панели осциллографа
- а. Подключите красный положительный провод к выходной клемме вашей цепи.
- б. Подключите черный отрицательный провод к клемме заземления вашей цепи (если иное не указано техническим специалистом лаборатории).
Шаг 5. Убедитесь, что кабели не свешиваются за край рабочего места
Шаг 6. Еще раз проверьте соединения
Они должны быть такими, как показано на рисунке 1.
Рисунок 1 - Подключения вашего оборудования
Часть 3 из 8: Включите оборудование
Шаг 1. Нажмите кнопку питания (обозначенную «O / I») на верхней стороне осциллографа
Шаг 2. Нажмите кнопку «ПИТАНИЕ» в верхнем правом углу функционального генератора
Шаг 3. После того, как оборудование выполнит самотестирование, оно должно выглядеть так, как показано на Рисунке 2 (показанном на этом шаге)
Часть 4 из 8: Установите частоту и амплитуду функционального генератора
Шаг 1. Нажмите кнопку под надписью «FREQ
”На генераторе функций. Индикатор над кнопкой загорится. Ваш экран должен выглядеть примерно так, как на рисунке, показанном на этом шаге.
Шаг 2. Настройте частоту на самую низкую частоту, которую вы хотите проверить, вашу начальную частоту
Это можно сделать с помощью большого диска на генераторе функций или с помощью четырех программных клавиш под дисплеем. Кнопки с пометкой «- val +» изменяют цифру под курсором, а кнопки «» перемещают курсор.
Шаг 3. Нажмите кнопку под надписью «AMPL
”На генераторе функций. Индикатор над кнопкой загорится. Теперь ваш экран должен выглядеть как на рисунке 5.
Шаг 4. Отрегулируйте амплитуду до напряжения, указанного в лабораторной процедуре для тестируемой цепи, используя ту же шкалу или программные клавиши
Обратите внимание, что это Vpp, размах напряжения. Максимальное (положительное) и минимальное (отрицательное) напряжения волны будут составлять половину полного размаха напряжения.
Шаг 5. Нажмите кнопку «ВЫХОД» на генераторе функций
Индикатор слева от кнопки загорится.
Часть 5 из 8: Настройка окна осциллографа
Шаг 1. Нажмите кнопку «НАСТРОЙКА ПО УМОЛЧАНИЮ» в правом верхнем углу осциллографа
Его дисплей должен выглядеть так, как показано на рисунке 6. На дисплее может отображаться волна или только шум. Следующие шаги позволят сфокусироваться на этом.
Шаг 2. Нажмите кнопку «AUTOSET» в правом верхнем углу осциллографа
Его дисплей должен выглядеть так, как показано на рисунке 7, а волны должны быть в фокусе.
Шаг 3. Нажмите вторую сверху кнопку софт-клавиши
Это указывает осциллографу отображать один период волны. Ваш дисплей должен выглядеть так, как на рисунке 7.
Функциональные клавиши осциллографа расположены справа от дисплея
Шаг 4. Нажмите кнопку «ИЗМЕРИТЬ» в верхней средней части осциллографа
Будет показан экран измерений по умолчанию, как на рисунке 8.
Шаг 5. Нажмите верхнюю функциональную клавишу на осциллографе, чтобы выбрать первое измерение
Нажимайте верхнюю функциональную клавишу с надписью «Источник», пока не появится «CH1». Нажимайте вторую сверху кнопку с надписью «Тип», пока не отобразится «Частота». Ваш дисплей должен выглядеть так, как на Рисунке 9. Нажмите нижнюю функциональную клавишу, чтобы вернуться.
Шаг 6. Нажмите вторую сверху программную кнопку, чтобы выбрать второе измерение
Нажимайте верхнюю функциональную клавишу с надписью «Источник», пока не появится «CH1». Нажимайте вторую сверху функциональную клавишу с надписью «Тип», пока не отобразится «Pk-Pk». Ваш дисплей должен выглядеть так, как показано на рисунке 10. Нажмите нижнюю функциональную клавишу, чтобы вернуться.
Шаг 7. Нажмите третью сверху программную кнопку, чтобы выбрать третье измерение
Нажимайте верхнюю функциональную клавишу с надписью «Источник», пока не появится «CH2». Нажимайте вторую сверху кнопку с надписью «Тип», пока не отобразится «Частота». Ваш дисплей должен выглядеть так, как показано на рисунке 11. Нажмите последнюю функциональную клавишу (пятую сверху), чтобы вернуться.
Шаг 8. Нажмите четвертую функциональную клавишу сверху, чтобы выбрать четвертое измерение
Нажимайте верхнюю функциональную клавишу с надписью «Источник», пока не появится «CH2». Нажимайте вторую сверху функциональную клавишу с надписью «Тип», пока не отобразится «Pk-Pk». Ваш дисплей должен выглядеть так, как показано на рисунке 12. Нажмите нижнюю функциональную клавишу, чтобы вернуться.
Шаг 9. Поверните ручку «HORIZONTAL SEC / DIV» немного против часовой стрелки до щелчка
Теперь ваш дисплей должен отображать более одного периода, как показано на рисунке 13. Измерения частоты каналов CH1 и CH2 должны измениться с «?» к истинному прочтению.
Шаг 10. Нажмите кнопку «КУРСОР» в верхней средней части осциллографа
Экран по умолчанию должен выглядеть как на рисунке 14.
Шаг 11. Нажимайте верхнюю функциональную клавишу рядом с «Тип», пока не появится «Время»
В середине правой колонки экрана показаны интересующие нас значения: Δt и ΔV. Ниже показаны показания для курсора 1 и курсора 2.
Часть 6 из 8: Создание рабочего листа для записи данных
Шаг 1. На лабораторном компьютере откройте Excel и создайте новую электронную таблицу
Обозначьте столбцы «Частота», «Vin», «dV», «Vout», «Delay», «Phase» и «Gain».
Шаг 2. Ниже «Частота» введите каждую частоту, которую вы планируете тестировать (см. Лабораторные процедуры)
Шаг 3. Под «Vout» в ячейке D2 введите следующую формулу:
= B2 + C2
Шаг 4. Нажмите возврат
«= B2 + C2» превращается в ноль, поскольку мы ничего не вводили в B2 или C2.
Шаг 5. Нажмите Ctrl + D, затем вернитесь
Формула копируется из D2 в D3, а Excel автоматически меняет формулу на «= B3 + C3». Продолжайте нажимать Ctrl + D, затем возвращайтесь, пока не заполните столбец для каждой из ваших частот.
Шаг 6. Под надписью «Фаза» в ячейке F2 введите следующую формулу:
= 2 * пи () * A2 * E2
Шаг 7. Нажмите возврат
Нажмите Ctrl + D, затем вернитесь, как и раньше, чтобы заполнить столбец.
Шаг 8. Под надписью «Усиление» в ячейке G2 введите следующую формулу:
= 20 * log10 (D2 / B2)
Шаг 9. Нажмите return
Нажмите Ctrl + D, затем вернитесь, как и раньше, чтобы заполнить столбец. Пока не обращайте внимания на ошибки.
Шаг 10. Сохраните этот рабочий лист, чтобы использовать его в качестве шаблона
Вы можете использовать его в следующий раз, когда вам нужно будет создать график Боде, позволяя пропустить часть 6.
Часть 7 из 8: Получение данных для графика Боде
Шаг 1. Ваш осциллограф должен оставаться на экране курсора с конца Части 5
Если это не так, нажмите кнопку «КУРСОР» в верхней средней части осциллографа.
Шаг 2. Поверните ручку «HORIZONTAL SEC / DIV», чтобы увеличить волну, чтобы отобразился единственный период
Шаг 3. Нажмите четвертую функциональную кнопку сверху, чтобы выбрать Курсор 1
Шаг 4. Поверните многофункциональную ручку, расположенную в центре верхней части осциллографа, чтобы переместить курсор
Ручка без надписи расположена прямо над кнопкой «ПЕЧАТЬ».
Шаг 5. Поместите курсор так, чтобы он совпадал с самой вершиной волны канала CH1 (верхний, оранжевый)
Шаг 6. Нажмите последнюю функциональную клавишу (пятую сверху), чтобы выбрать Курсор 2
Шаг 7. Поверните многофункциональную ручку, расположенную в центре верхней части осциллографа, чтобы переместить курсор
Поместите курсор так, чтобы он совпадал с самой вершиной волны CH2 (нижняя, синяя).
Шаг 8. В таблице запишите свои данные:
- а. Vin - значение напряжения под курсором 1 (820 мВ в приведенном выше примере; запишите это как 0,820 в своей электронной таблице)
- б. dV - значение рядом с ΔV (20,0 мВ в приведенном выше примере; запишите это как 0,020 в своей электронной таблице)
- c. Задержка - значение рядом с Δt (160,0 мкс в приведенном выше примере; запишите это как 0,000160 в своей электронной таблице).
Часть 8 из 8: Создание сюжета Боде
Шаг 1. Для графика прироста:
Введите здесь один шаг и затем нажмите 1. Выберите столбцы «Частота» и «Усиление».
Шаг 2. Нажмите «Вставить» и найдите параметр «Точечная диаграмма»
Шаг 3. Щелкните вертикальную ось правой кнопкой мыши и выберите «Ось формата…».
Шаг 4. Нажмите «Логарифмическая шкала».
Шаг 5. Щелкните правой кнопкой мыши горизонтальную ось и выберите «Ось формата…»
Шаг 6. Нажмите «Логарифмическая шкала».
Шаг 7. Для фазового графика:
Выберите столбцы «Частота» и «Усиление».
Шаг 8. Введите здесь один шаг, затем нажмите «Вставить» и найдите вариант «Точечная диаграмма»
Шаг 9. Щелкните правой кнопкой мыши горизонтальную ось и выберите «Ось формата…»
Шаг 10. Щелкните «Логарифмический масштаб»
подсказки
-
Если дисплей по-прежнему выглядит шумным или нестабильным, проверьте следующее:
- A. Проверьте, включен ли выход функционального генератора (часть 3, шаг 5).
- б. Проверьте, не ослабли ли какие-либо кабели или соединения (часть 1, шаги 1-4).
- в. Откалибруйте датчики (обратитесь за инструкциями к техническому специалисту).
- г. Попробуйте использовать другой кабель (часть 1, шаги 1–4), поскольку он может быть поврежден.
- Обратите внимание, что эти показания курсора относятся к каналу, указанному в разделе «Источник». Также обратите внимание, что изменение исходного канала влияет на оба курсора одновременно. Осциллограф не позволяет нам назначать каждому каналу собственный курсор. Не записывайте случайно Курсор 1 как Канал 1, а Курсор 2 как Канал 2 в ваших лабораторных данных!
