Een Bode-plot is een grafiek die beschrijft hoe een circuit reageert op verschillende frequenties. Dit vertelt ons bijvoorbeeld dat een versterker een slechte basrespons (lage frequentie) heeft. Ingenieurs gebruiken deze plots om hun eigen ontwerpen beter te begrijpen, om componenten te kiezen voor een nieuw ontwerp, of om te bepalen of een circuit onstabiel kan worden als de verkeerde frequenties worden toegepast.
Stappen
Deel 1 van 8: Uitgebreide definitie
Zoals eerder vermeld, is een Bode-plot een grafiek die beschrijft hoe een circuit reageert op verschillende frequenties. Een Bode-plot toont specifiek de versterking van een circuit met betrekking tot frequentie. Het bestaat eigenlijk uit twee grafieken: een magnituderespons en een faserespons. Om dit te illustreren, wordt hieronder een voorbeeld van een Bode-plot getoond:
Spanningsversterking in decibel wordt gedefinieerd als:
G_dB=20*〖log〗_10 (Vout/Vin).
Positieve versterking betekent versterking en negatieve versterking geeft verzwakking aan. Dus als een circuit een Vout van 1 volt en een Vin van √2 volt (een spanningsdaling) zou hebben, zou de winst zijn:
G_dB=20〖*log〗_10 (1/√2)=-3 dB.
Deze -3 dB-markering is belangrijk, omdat deze aangeeft waar het uitgangsvermogen van de schakeling (niet de spanning!) precies de helft is van het ingangsvermogen.
De fasegrafiek beschrijft hoe verschillende frequenties relatief kortere of langere tijd nodig hebben om door het circuit te reizen. Elke frequentie met een fasewaarde van -180º of –π radialen zal onstabiel zijn bij die frequentie.
Om een Bode-plot te maken van een bestaand circuit, test u het circuit met een reeks frequenties. Dit bereik is afhankelijk van de toepassing, zoals audio- of datatransmissie. Stimuleer de ingang van het circuit met een eenvoudige sinusgolf op de frequenties van belang. Meet de invoer en de uitvoer met een oscilloscoop en vergelijk het verschil tussen beide. Noteer deze verschillen in een spreadsheet en maak er een grafiek van om de uiteindelijke Bode-plot te zien. De gegevens kunnen desgewenst met de hand worden getabelleerd en geplot.
[red. opmerking: sommige figuren ontbreken in deze tutorial. Als je weet wat je moet toevoegen, gebruik dan de tool voor het toevoegen van afbeeldingen om de relevante figuren te uploaden.]
Deel 2 van 8: De apparatuur aansluiten
Stap 1. Controleer of de functiegenerator en oscilloscoop zijn aangesloten op het dichtstbijzijnde stopcontact
Stap 2. Sluit de eerste sonde aan op de "50 Ω OUTPUT"-connector op de voorste rechter benedenhoek van de functiegenerator
- A. Sluit de rode positieve kabel aan op de ingangsklem van uw circuit.
- B. Sluit de zwarte negatieve kabel aan op de aardklem van uw circuit.
Stap 3. Sluit de tweede sonde aan op de "CH 1"-connector aan de voorkant van de oscilloscoop
- A. Sluit de rode positieve kabel aan op de ingangsklem van uw circuit.
- B. Sluit de zwarte negatieve kabel aan op de aardklem van uw circuit.
Stap 4. Sluit de derde sonde aan op de “CH 2”-connector aan de voorkant van de oscilloscoop
- A. Sluit de rode positieve kabel aan op de uitgangsklem van uw circuit.
- B. Sluit de zwarte negatieve kabel aan op de aardklem van uw circuit (tenzij anders aangegeven door de lab-TA).
Stap 5. Zorg ervoor dat de kabels niet over de rand van de werkruimte hangen
Stap 6. Controleer de verbindingen nogmaals
Ze moeten zijn zoals weergegeven in afbeelding 1.
Afbeelding 1 – Uw apparatuuraansluitingen
Deel 3 van 8: Schakel de apparatuur in
Stap 1. Druk op de aan/uit-knop (met het label "O/I") aan de bovenzijde van de oscilloscoop
Stap 2. Druk op de "POWER"-knop in de rechterbovenhoek van de functiegenerator
Stap 3. Nadat de apparatuur de zelftest heeft uitgevoerd, moet deze er ongeveer zo uitzien als in Afbeelding 2 (getoond in deze stap)
Deel 4 van 8: Stel de frequentie en amplitude van de functiegenerator in
Stap 1. Druk op de knop onder “FREQ
” op de functiegenerator. Het lampje boven de knop gaat aan. Uw scherm zou er ongeveer zo uit moeten zien als de afbeelding die in deze stap wordt getoond.
Stap 2. Stel de frequentie in op de laagste frequentie die u wilt testen, uw startfrequentie
Dit kan met de grote draaiknop op de functiegenerator, of met de vier softkeys onder het display. De knoppen gemarkeerd met "- val +" veranderen het cijfer onder de cursor, en de "" knoppen verplaatsen de cursor.
Stap 3. Druk op de knop onder “AMPL
” op de functiegenerator. Het lampje boven de knop gaat aan. Uw scherm zou er nu ongeveer zo uit moeten zien als Afbeelding 5.
Stap 4. Stel de amplitude in op de spanning die is gespecificeerd in de laboratoriumprocedure voor het circuit dat wordt getest, met dezelfde draaiknop of softkeys
Merk op dat dit Vpp is, de piek-tot-piek spanning. De maximale (positieve) en minimale (negatieve) spanningen van de golf zullen de helft van de piek-tot-piekspanning zijn.
Stap 5. Druk op de knop “OUTPUT” op de functiegenerator
Het lampje links van de knop gaat branden.
Deel 5 van 8: Stel het oscilloscoopvenster in
Stap 1. Druk op de knop "DEFAULT SETUP" in de rechterbovenhoek van de oscilloscoop
Het display zou er ongeveer zo uit moeten zien als Afbeelding 6. De golf kan op het display verschijnen, of er kan alleen ruis worden weergegeven. De volgende stappen zullen het in beeld brengen.
Stap 2. Druk op de knop "AUTOSET" in de rechterbovenhoek van de oscilloscoop
Het scherm zou er ongeveer zo uit moeten zien als Afbeelding 7, en de golven zouden in focus moeten verschijnen.
Stap 3. Druk op de tweede softkey van boven
Dit vertelt de oscilloscoop om een enkele periode van de golf weer te geven. Uw display zou eruit moeten zien als in Afbeelding 7.
De oscilloscoop-softkeys bevinden zich rechts van het display
Stap 4. Druk op de “MEASURE”-knop bovenaan in het midden van de oscilloscoop
Het standaard meetscherm wordt weergegeven, zoals in Afbeelding 8.
Stap 5. Druk op de bovenste softkey op de oscilloscoop om de eerste meting te selecteren
Druk op de bovenste softkey met het label "Bron" totdat "CH1" wordt weergegeven. Druk op de tweede softkey van boven met het label "Type" totdat "Freq" wordt weergegeven. Uw display zou eruit moeten zien als in Afbeelding 9. Druk op de onderste softkey om terug te gaan.
Stap 6. Druk op de tweede softkey van boven om de tweede meting te selecteren
Druk op de bovenste softkey met het label "Bron" totdat "CH1" wordt weergegeven. Druk op de tweede softkey van boven met het label "Type" totdat "Pk-Pk" wordt weergegeven. Uw display zou eruit moeten zien als in Afbeelding 10. Druk op de onderste softkey om terug te gaan.
Stap 7. Druk op de derde softkey van boven om de derde meting te selecteren
Druk op de bovenste softkey met het label "Bron" totdat "CH2" wordt weergegeven. Druk op de tweede softkey van boven met het label "Type" totdat "Freq" wordt weergegeven. Uw display zou eruit moeten zien als in Afbeelding 11. Druk op de laatste softkey (vijfde van boven) om terug te gaan.
Stap 8. Druk op de vierde softkey van boven om de vierde meting te selecteren
Druk op de bovenste softkey met het label "Bron" totdat "CH2" wordt weergegeven. Druk op de tweede softkey van boven met het label "Type" totdat "Pk-Pk" wordt weergegeven. Uw display zou eruit moeten zien als in Afbeelding 12. Druk op de onderste softkey om terug te gaan.
Stap 9. Draai de knop “HORIZONTAL SEC/DIV” een beetje tegen de klok in totdat deze eenmaal klikt
Uw display zou nu meer dan één periode moeten weergeven, zoals het display in Afbeelding 13. De CH1- en CH2-frequentiemetingen moeten veranderen van "?" tot de ware lezing.
Stap 10. Druk op de "CURSOR"-knop bovenaan in het midden van de oscilloscoop
Het standaardscherm zou eruit moeten zien als in Afbeelding 14.
Stap 11. Druk op de bovenste softkey naast "Type" totdat "Tijd" wordt weergegeven
Het midden van de rechterkolom van het scherm toont ons de waarden waarin we geïnteresseerd zijn: Δt en ΔV. Daaronder worden de waarden voor Cursor 1 en Cursor 2 weergegeven.
Deel 6 van 8: Het werkblad maken om uw gegevens vast te leggen
Stap 1. Open Excel op uw labcomputer en start een nieuwe spreadsheet
Label de kolommen 'Frequentie', 'Vin', 'dV', 'Vout', 'Vertraging', 'Fase' en 'Gain'.
Stap 2. Voer onder 'Frequentie' elke frequentie in die u wilt testen (raadpleeg uw laboratoriumprocedures)
Stap 3. Voer onder "Vout" in cel D2 deze formule in:
=B2+C2
Stap 4. Druk op Return
De "=B2+C2" verandert in een nul omdat we niets in B2 of C2 hebben ingevoerd.
Stap 5. Druk op Ctrl+D en keer terug
De formule wordt gekopieerd van D2 naar D3, waarbij Excel de formule automatisch verandert in "= B3 + C3". Blijf op Ctrl+D drukken en keer terug totdat je de kolom voor elk van je frequenties hebt gevuld.
Stap 6. Voer onder "Fase" in cel F2 deze formule in:
=2*pi()*A2*E2
Stap 7. Druk op Return
Druk op Ctrl+D en ga terug zoals u eerder deed om de kolom te vullen.
Stap 8. Voer onder "Gain" in cel G2 deze formule in:
=20*log10(D2/B2)
Stap 9. Druk op Return
Druk op Ctrl+D en ga terug zoals u eerder deed om de kolom te vullen. Negeer de fouten voor nu.
Stap 10. Bewaar dit werkblad om als sjabloon te gebruiken
Je kunt het gebruiken de volgende keer dat je een Bode-plot moet maken, zodat je deel 6 kunt overslaan.
Deel 7 van 8: De gegevens voor de Bode-plot verkrijgen
Stap 1. Uw oscilloscoop zou vanaf het einde van deel 5 nog steeds op het cursordisplay moeten staan
Als dit niet het geval is, drukt u op de "CURSOR" -knop bovenaan in het midden van de oscilloscoop.
Stap 2. Draai aan de knop “HORIZONTAL SEC/DIV” om in te zoomen op de golf, zodat een enkele periode wordt weergegeven
Stap 3. Druk op de vierde softkey van boven om Cursor 1 te selecteren
Stap 4. Draai aan de "multifunctionele" knop in het midden bovenaan de oscilloscoop om de cursor te verplaatsen
De knop heeft geen label en bevindt zich net boven de knop "PRINT".
Stap 5. Plaats de cursor zo dat deze uitgelijnd is met de top van de CH1 (bovenste, in oranje) golf
Stap 6. Druk op de laatste softkey (vijfde van boven) om Cursor 2 te selecteren
Stap 7. Draai aan de "multifunctionele" knop in het midden bovenaan de oscilloscoop om de cursor te verplaatsen
Plaats de cursor zo dat deze uitgelijnd is met de top van de CH2 (onderste, in blauw) golf.
Stap 8. Noteer uw gegevens in uw spreadsheet:
- A. Vin - de spanningswaarde onder Cursor 1 (820 mV in het bovenstaande voorbeeld; noteer dit als 0,820 in uw spreadsheet)
- B. dV – de waarde naast ΔV (20,0 mV in het bovenstaande voorbeeld; noteer dit als 0,020 in uw spreadsheet)
- C. Vertraging – de uitlezing naast Δt (160,0 µs in het bovenstaande voorbeeld; noteer dit als 0,000160 in uw spreadsheet).
Deel 8 van 8: De Bode-plot maken
Stap 1. Voor de winstgrafiek:
Voer hier één stap in en klik vervolgens op 1. Selecteer de kolommen Frequentie en Gain.
Stap 2. Klik op "Invoegen" en zoek naar de optie "Scatterdiagram"
Stap 3. Klik met de rechtermuisknop op de verticale as en kies "Axis formatteren…"
Stap 4. Klik op "Logaritmische schaal"
Stap 5. Klik met de rechtermuisknop op de horizontale as en kies "Axis formatteren…"
Stap 6. Klik op "Logaritmische schaal"
Stap 7. Voor de faseplot:
Selecteer de kolommen Frequentie en Versterking.
Stap 8. Voer hier één stap in en klik vervolgens op "Invoegen" en zoek naar de optie "Scatter Chart"
Stap 9. Klik met de rechtermuisknop op de horizontale as en kies "Format Axis…"
Stap 10. Klik op "Logaritmische schaal"
Tips
-
Als het scherm er nog steeds luidruchtig of onregelmatig uitziet, controleer dan het volgende:
- a. Controleer of de uitgang van de functiegenerator aan staat (deel 3, stap 5).
- b. Controleer of er kabels of verbindingen zijn losgeraakt (deel 1, stappen 1-4).
- c. Kalibreer uw sondes (vraag de TA om instructies hierover).
- d. Probeer een andere kabel (deel 1, stappen 1-4) aangezien de kabel beschadigd kan raken.
- Merk op dat deze cursormetingen beide voor het kanaal zijn dat wordt vermeld onder "Bron". Merk ook op dat het veranderen van het bronkanaal beide cursors tegelijkertijd beïnvloedt. Met de oscilloscoop kunnen we niet elk kanaal een eigen cursor geven. Noteer niet per ongeluk Cursor 1 als CH1 en Cursor 2 als CH2 in uw labgegevens!
