Un diagramma di Bode è un grafico che descrive come un circuito risponde a frequenze diverse. Questo ci dice, ad esempio, che un amplificatore ha una scarsa risposta ai bassi (bassa frequenza). Gli ingegneri utilizzano questi grafici per comprendere meglio i propri progetti, per scegliere i componenti per un nuovo progetto o per determinare se un circuito può diventare instabile quando vengono applicate le frequenze sbagliate.
Passi
Parte 1 di 8: Definizione estesa
Come accennato in precedenza, un diagramma di Bode è un grafico che descrive come un circuito risponde a frequenze diverse. Un diagramma di Bode mostra specificamente il guadagno di un circuito rispetto alla frequenza. In realtà consiste di due grafici: una risposta in magnitudo e una risposta in fase. Per illustrare ciò, di seguito viene mostrato un diagramma di Bode di esempio:
Il guadagno di tensione in decibel è definito come:
G_dB=20*〖log〗_10 (Vout/Vin).
Guadagno positivo significa amplificazione e guadagno negativo indica attenuazione. Quindi se un circuito avesse un Vout di 1 volt e un Vin di √2 volt (una caduta di tensione), il suo guadagno sarebbe:
G_dB=20〖*log〗_10 (1/√2)=-3 dB.
Questo segno di -3 dB è importante, poiché indica dove la potenza di uscita del circuito (non la tensione!) È esattamente la metà della sua potenza di ingresso.
Il diagramma di fase descrive come frequenze diverse impiegano un tempo relativamente più breve o più lungo per viaggiare attraverso il circuito. Qualsiasi frequenza con una lettura di fase di -180º o –π radianti sarà instabile a quella frequenza.
Per creare un diagramma di Bode da un circuito esistente, testare il circuito con un intervallo di frequenze. Questo intervallo dipende dall'applicazione in uso, come la trasmissione di audio o dati. Stimolare l'ingresso del circuito con una semplice onda sinusoidale alle frequenze di interesse. Misurare l'ingresso e l'uscita con un oscilloscopio e confrontare la differenza tra i due. Registra queste differenze in un foglio di calcolo, quindi tracciale graficamente per vedere il diagramma di Bode finale. I dati possono invece essere tabulati e tracciati a mano, se lo si desidera.
[Ed. nota: in questo tutorial mancano alcune figure. Se sai cosa aggiungere, usa lo strumento per l'aggiunta di immagini per caricare le figure pertinenti.]
Parte 2 di 8: Collegamento dell'apparecchiatura
Passaggio 1. Verificare che il generatore di funzioni e l'oscilloscopio siano collegati alla presa CA più vicina
Passaggio 2. Collegare la prima sonda al connettore "50 Ω OUTPUT" nell'angolo inferiore destro anteriore del generatore di funzioni
- un. Collegare il cavo positivo rosso al terminale di ingresso del circuito.
- B. Collega il cavo negativo nero al terminale di terra del circuito.
Passaggio 3. Collegare la seconda sonda al connettore "CH 1" sulla parte anteriore dell'oscilloscopio
- un. Collegare il cavo positivo rosso al terminale di ingresso del circuito.
- B. Collega il cavo negativo nero al terminale di terra del circuito.
Passaggio 4. Collegare la terza sonda al connettore "CH 2" sulla parte anteriore dell'oscilloscopio
- un. Collegare il cavo positivo rosso al terminale di uscita del circuito.
- B. Collegare il cavo negativo nero al terminale di terra del circuito (se non diversamente indicato dal laboratorio TA).
Passaggio 5. Assicurarsi che i cavi non pendano dal bordo dell'area di lavoro
Passaggio 6. Ricontrollare le connessioni
Dovrebbero essere come mostrato nella Figura 1.
Figura 1 – Connessioni della tua attrezzatura
Parte 3 di 8: accendi l'attrezzatura
Passaggio 1. Premere il pulsante di accensione (etichettato "O/I") sul lato superiore dell'oscilloscopio
Passaggio 2. Premere il pulsante "POWER" nell'angolo anteriore in alto a destra del generatore di funzioni
Passaggio 3. Dopo che l'apparecchiatura ha eseguito l'autotest, dovrebbe essere simile a quanto mostrato nella Figura 2 (mostrata in questo passaggio)
Parte 4 di 8: impostare la frequenza e l'ampiezza del generatore di funzioni
Passaggio 1. Premere il pulsante sotto “FREQ
” sul generatore di funzioni. La spia sopra il pulsante si accende. Lo schermo dovrebbe essere simile alla figura mostrata in questo passaggio.
Passaggio 2. Regolare la frequenza sulla frequenza più bassa che si desidera testare, la frequenza iniziale
Questo può essere fatto con la grande manopola sul generatore di funzioni, o con i quattro soft-key sotto il display. I pulsanti contrassegnati con "- val +" cambiano la cifra sotto il cursore ei pulsanti "" spostano il cursore.
Passaggio 3. Premere il pulsante sotto “AMPL
” sul generatore di funzioni. La spia sopra il pulsante si accende. Lo schermo dovrebbe essere simile alla Figura 5 ora.
Passaggio 4. Regolare l'ampiezza alla tensione specificata nella procedura di laboratorio per il circuito da testare, utilizzando la stessa manopola o tasti software
Notare che questo è Vpp, la tensione picco-picco. Le tensioni massima (positiva) e minima (negativa) dell'onda saranno la metà della tensione picco-picco.
Passaggio 5. Premere il pulsante "OUTPUT" sul generatore di funzioni
La spia a sinistra del pulsante si accende.
Parte 5 di 8: imposta la finestra dell'oscilloscopio
Passaggio 1. Premere il pulsante "IMPOSTAZIONE PREDEFINITA" nell'angolo in alto a destra dell'oscilloscopio
Il suo display dovrebbe essere simile alla Figura 6. L'onda potrebbe apparire sul display o potrebbe mostrare solo rumore. I prossimi passi lo metteranno a fuoco.
Passaggio 2. Premere il pulsante "AUTOSET" nell'angolo in alto a destra dell'oscilloscopio
Il suo display dovrebbe essere simile alla Figura 7 e le onde dovrebbero apparire a fuoco.
Passaggio 3. Premere il secondo soft-key dall'alto
Questo dice all'oscilloscopio di visualizzare un singolo periodo dell'onda. Il tuo display dovrebbe assomigliare a quello in Figura 7.
I soft-key dell'oscilloscopio si trovano a destra del display
Passaggio 4. Premere il pulsante "MEASURE" nella parte superiore centrale dell'oscilloscopio
Verrà mostrata la schermata di misurazione predefinita, come quella in Figura 8.
Passaggio 5. Premere il soft-key in alto sull'oscilloscopio per selezionare la prima misurazione
Premere il soft-key in alto etichettato "Source" fino a quando "CH1" è elencato. Premere il secondo soft-key dall'alto etichettato "Tipo" finché non viene visualizzato "Freq". Il display dovrebbe apparire come quello della Figura 9. Premere il soft-key in basso per tornare indietro.
Passaggio 6. Premere il secondo soft-key dall'alto per selezionare la seconda misurazione
Premere il soft-key superiore con l'etichetta "Source" fino a quando "CH1" è elencato. Premere il secondo soft-key dall'alto etichettato "Tipo" fino a visualizzare "Pk-Pk". Il display dovrebbe essere simile a quello della Figura 10. Premere il soft-key in basso per tornare indietro.
Passaggio 7. Premere il terzo soft-key dall'alto per selezionare la terza misurazione
Premere il soft-key in alto etichettato "Sorgente" fino a quando "CH2" è elencato. Premere il secondo soft-key dall'alto etichettato "Tipo" finché non viene visualizzato "Freq". Il display dovrebbe apparire come quello della Figura 11. Premere l'ultimo soft-key (il quinto dall'alto) per tornare indietro.
Passaggio 8. Premere il quarto soft-key dall'alto per selezionare la quarta misurazione
Premere il soft-key in alto etichettato "Sorgente" fino a quando "CH2" è elencato. Premere il secondo soft-key dall'alto etichettato "Tipo" fino a visualizzare "Pk-Pk". Il display dovrebbe essere simile a quello della Figura 12. Premere il soft-key in basso per tornare indietro.
Passaggio 9. Ruotare leggermente la manopola "HORIZONTAL SEC/DIV" in senso antiorario finché non scatta una volta
Il display dovrebbe ora mostrare più di un periodo, come il display in Figura 13. Le misurazioni di frequenza CH1 e CH2 dovrebbero cambiare da "?" alla vera lettura.
Passaggio 10. Premere il pulsante "CURSORE" nella parte superiore centrale dell'oscilloscopio
La schermata predefinita dovrebbe essere simile a quella in Figura 14.
Passaggio 11. Premere il tasto funzione superiore accanto a "Tipo" finché non viene visualizzato "Ora"
La parte centrale della colonna di destra dello schermo ci mostra le letture che ci interessano: t e ΔV. Di seguito vengono mostrate le letture per il cursore 1 e il cursore 2.
Parte 6 di 8: creazione del foglio di lavoro per registrare i dati
Passaggio 1. Sul computer del laboratorio, aprire Excel e avviare un nuovo foglio di calcolo
Etichetta le colonne "Frequency", "Vin", "dV", "Vout", "Delay", "Phase" e "Gain".
Passaggio 2. Sotto "Frequenza", inserisci ogni frequenza che intendi testare (fare riferimento alle procedure di laboratorio)
Passo 3. Sotto "Vout" nella cella D2, inserisci questa formula:
=LA2+DO2
Passaggio 4. Premere Invio
Il “=B2+C2” diventa zero poiché non abbiamo inserito nulla in B2 o C2.
Passaggio 5. Premi Ctrl+D, quindi torna indietro
La formula viene copiata da D2 in D3, con Excel che cambia automaticamente la sua formula in "= B3 + C3". Continua a premere Ctrl + D, quindi torna fino a riempire la colonna per ciascuna delle tue frequenze.
Passo 6. Sotto "Fase" nella cella F2, inserisci questa formula:
=2*pi greco()*LA2*MI2
Passaggio 7. Premere Invio
Premi Ctrl + D, quindi torna come hai fatto prima per riempire la colonna.
Passaggio 8. Sotto "Guadagno" nella cella G2, inserisci questa formula:
=20*log10(D2/B2)
Passaggio 9. Premere Invio
Premi Ctrl + D, quindi torna come hai fatto prima per riempire la colonna. Ignora gli errori per ora.
Passaggio 10. Salva questo foglio di lavoro da utilizzare come modello
Puoi usarlo la prossima volta che devi creare un diagramma di Bode, permettendoti di saltare la Parte 6.
Parte 7 di 8: Ottenere i dati per il diagramma di Bode
Passaggio 1. L'oscilloscopio dovrebbe essere ancora sul display del cursore dalla fine della Parte 5
In caso contrario, premere il pulsante "CURSORE" nella parte superiore centrale dell'oscilloscopio.
Passaggio 2. Ruotare la manopola "HORIZONTAL SEC/DIV" per ingrandire l'onda, in modo da visualizzare un singolo periodo
Passaggio 3. Premere il quarto tasto funzione dall'alto per selezionare il cursore 1
Passaggio 4. Ruotare la manopola "multifunzione" situata nella parte superiore centrale dell'oscilloscopio per spostare il cursore
La manopola non è etichettata e si trova appena sopra il pulsante "PRINT".
Passaggio 5. Posizionare il cursore in modo che si allinei con la parte superiore dell'onda CH1 (superiore, in arancione)
Passaggio 6. Premere l'ultimo soft-key (quinto dall'alto) per selezionare il cursore 2
Passaggio 7. Ruotare la manopola "multifunzione" situata nella parte superiore centrale dell'oscilloscopio per spostare il cursore
Posizionare il cursore in modo che si allinei con la parte superiore dell'onda CH2 (inferiore, in blu).
Passaggio 8. Sul foglio di calcolo, registra i tuoi dati:
- un. Vin: la lettura della tensione sotto il cursore 1 (820 mV nell'esempio sopra; registralo come 0,820 nel tuo foglio di calcolo)
- B. dV - la lettura accanto a ΔV (20.0 mV nell'esempio sopra; registralo come 0.020 nel tuo foglio di calcolo)
- C. Ritardo: la lettura accanto a t (160,0 µs nell'esempio sopra; registralo come 0,000160 nel foglio di calcolo).
Parte 8 di 8: Creazione del diagramma di Bode
Passaggio 1. Per il grafico del guadagno:
Immettere un passaggio qui e quindi fare clic su 1. Selezionare le colonne Frequenza e Guadagno.
Passaggio 2. Fare clic su "Inserisci" e cercare l'opzione "Grafico a dispersione"
Passaggio 3. Fare clic con il pulsante destro del mouse sull'asse verticale e scegliere "Formato asse…"
Passaggio 4. Fare clic su "Scala logaritmica"
Passaggio 5. Fare clic con il pulsante destro del mouse sull'asse orizzontale e scegliere "Formato asse…"
Passaggio 6. Fare clic su "Scala logaritmica"
Passaggio 7. Per il diagramma di fase:
Seleziona le colonne Frequenza e Guadagno.
Passaggio 8. Immettere un passaggio qui, quindi fare clic su "Inserisci" e cercare l'opzione "Grafico a dispersione"
Passaggio 9. Fare clic con il pulsante destro del mouse sull'asse orizzontale e scegliere "Formato asse…"
Passaggio 10. Fare clic su "Scala logaritmica"
Suggerimenti
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Se il display è ancora rumoroso o irregolare, controllare quanto segue:
- a. Controllare se l'uscita del generatore di funzioni è attiva (parte 3, passaggio 5).
- b. Controllare se i cavi oi collegamenti si sono allentati (parte 1, passaggi 1-4).
- c. Calibrare le sonde (chiedere istruzioni al TA).
- d. Prova un altro cavo (parte 1, passaggi 1-4) poiché il cavo potrebbe essere danneggiato.
- Si noti che queste letture del cursore sono entrambe per il canale elencato in "Sorgente". Si noti inoltre che la modifica del canale di origine influisce su entrambi i cursori contemporaneamente. L'oscilloscopio non ci consente di assegnare a ciascun canale il proprio cursore. Non registrare accidentalmente il cursore 1 come CH1 e il cursore 2 come CH2 nei dati del tuo laboratorio!
