Comment créer un tracé de Bode?
Pour créer un tracé de Bode à partir d'un circuit existant, testez le circuit avec une plage de fréquences.
Un tracé de Bode est un graphique qui décrit comment un circuit réagit à différentes fréquences. Cela nous indique, par exemple, qu'un amplificateur a une mauvaise réponse dans les basses (basse fréquence). Les ingénieurs utilisent ces tracés pour mieux comprendre leurs propres conceptions, pour choisir des composants pour une nouvelle conception ou pour déterminer si un circuit peut devenir instable lorsque les mauvaises fréquences sont appliquées.
Partie 1 sur 8: définition étendue
Comme mentionné précédemment, un tracé de Bode est un graphique qui décrit comment un circuit réagit à différentes fréquences. Un tracé de Bode montre spécifiquement le gain d'un circuit par rapport à la fréquence. Il se compose en fait de deux graphiques: une réponse en amplitude et une réponse en phase. Pour illustrer cela, un exemple de diagramme de Bode est présenté ci-dessous:
Vous pourrez l'utiliser la prochaine fois que vous aurez besoin de créer un tracé de Bode, ce qui vous permettra de sauter la partie 6.
Le gain de tension en décibels est défini comme:
G_dB=20*〖log〗_10 (Vout/Vin).
Un gain positif signifie une amplification et un gain négatif indique une atténuation. Donc si un circuit avait un Vout de 1 volt et un Vin de 2 volts (une chute de tension), son gain serait:
G_dB=20〖*log〗_10 (1/√2)=-3 dB.
Cette marque -3 dB est importante, car elle indique où la puissance de sortie du circuit (pas la tension!) est exactement la moitié de sa puissance d'entrée.
Le tracé de phase décrit comment différentes fréquences prennent un temps relativement plus court ou plus long pour parcourir le circuit. Toute fréquence avec une lecture de phase de -180° ou -π radians sera instable à cette fréquence.
Pour créer un tracé de Bode à partir d'un circuit existant, testez le circuit avec une plage de fréquences. Cette La portée dépend de l'application à portée de main, telle que la transmission audio ou de données. Stimulez l'entrée du circuit avec une simple onde sinusoïdale aux fréquences d'intérêt. Mesurez l'entrée et la sortie avec un oscilloscope et comparez la différence entre les deux. Enregistrez ces différences dans une feuille de calcul, puis représentez- les graphiquement pour voir le tracé final de Bode. Les données peuvent être tabulées et tracées à la main à la place, si vous le souhaitez.
[Éd. remarque: certaines figures sont manquantes dans ce tutoriel. Si vous savez quoi ajouter, utilisez l'outil d'ajout d'images pour télécharger les figures pertinentes. ]
Partie 2 sur 8: connexion de l'équipement
- 1Vérifiez que le générateur de fonctions et l'oscilloscope sont connectés à la prise secteur la plus proche.
- 2Connectez la première sonde au connecteur "50 ω output" situé dans le coin inférieur droit avant du générateur de fonctions.
- une. Connectez le fil positif rouge à la borne d'entrée de votre circuit.
- b. Connectez le fil négatif noir à la borne de terre de votre circuit.
- 3Connectez la deuxième sonde au connecteur "ch 1" à l'avant de l'oscilloscope.
- une. Connectez le fil positif rouge à la borne d'entrée de votre circuit.
- b. Connectez le fil négatif noir à la borne de terre de votre circuit.
- 4Connectez la troisième sonde au connecteur "ch 2" à l'avant de l'oscilloscope.
- une. Connectez le fil positif rouge à la borne de sortie de votre circuit.
- b. Connectez le fil négatif noir à la borne de terre de votre circuit (sauf indication contraire du laboratoire TA).
- 5Assurez-vous que les câbles ne dépassent pas du bord de l'espace de travail.
- 6Vérifiez les connexions. Ils doivent être comme indiqué sur la figure 1.
Partie 3 sur 8: allumer l'équipement
- 1Appuyez sur le bouton d'alimentation (étiqueté "o/i") sur le dessus de l'oscilloscope.
- 2Appuyez sur le bouton «Power» dans le coin supérieur droit avant du générateur de fonctions.
- 3Une fois que l'équipement a effectué son auto-test, il devrait ressembler à ce qui est montré dans la figure 2 (montré dans cette étape).
Comme mentionné précédemment, un tracé de Bode est un graphique qui décrit comment un circuit réagit à différentes fréquences.
Partie 4 sur 8: définissez la fréquence et l'amplitude du générateur de fonctions
- 1Appuyez sur le bouton sous «freq.» sur le générateur de fonction. Le voyant au-dessus du bouton s'allume. Votre écran doit ressembler à la figure illustrée dans cette étape.
- 2Ajustez la fréquence à la fréquence la plus basse que vous souhaitez tester, votre fréquence de départ. Cela peut être fait avec le grand cadran sur le générateur de fonctions, ou avec les quatre touches programmables sous l'écran. Les boutons marqués " - val + " changent le chiffre sous le curseur, et les boutons " < cur > " déplacent le curseur.
- 3Appuyez sur le bouton sous "ampl. " sur le générateur de fonction. Le voyant au-dessus du bouton s'allume. Votre écran devrait ressembler à la figure 5 maintenant.
- 4Ajustez l'amplitude à la tension spécifiée dans la procédure de laboratoire pour le circuit testé, en utilisant le même cadran ou les mêmes touches programmables. Notez qu'il s'agit de Vpp, la tension crête à crête. Les tensions maximale (positive) et minimale (négative) de l'onde seront la moitié de la tension crête à crête.
- 5Appuyez sur le bouton «sortie» sur le générateur de fonction. Le voyant à gauche du bouton s'allume.
Partie 5 sur 8: définir la fenêtre de l'oscilloscope
- 1Appuyez sur le bouton «configuration par défaut» dans le coin supérieur droit de l'oscilloscope. Son affichage doit ressembler à celui de la figure 6. L'onde peut apparaître à l'écran ou ne montrer que du bruit. Les prochaines étapes le mettront au point.
- 2Appuyez sur le bouton "autoset" dans le coin supérieur droit de l'oscilloscope. Son affichage devrait ressembler à celui de la figure 7 et les vagues devraient apparaître nettes.
- 3Appuyez sur la deuxième touche programmable en partant du haut. Cela indique à l'oscilloscope d'afficher une seule période de l'onde. Votre écran doit ressembler à celui de la figure 7.
- Les touches programmables de l'oscilloscope sont situées à droite de l'écran.
- 4Appuyez sur le bouton "mesure" en haut au milieu de l'oscilloscope. L'écran de mesure par défaut s'affichera, comme celui de la figure 8.
- 5Appuyez sur la touche de fonction supérieure de l'oscilloscope pour sélectionner la première mesure. Appuyez sur la touche de fonction supérieure intitulée «Source» jusqu'à ce que «CH1» soit répertorié. Appuyez sur la deuxième touche programmable à partir du haut intitulée "Type" jusqu'à ce que "Freq" s'affiche. Votre affichage devrait ressembler à celui de la Figure 9. Appuyez sur la touche de fonction inférieure pour revenir en arrière.
- 6Appuyez sur la deuxième touche de fonction en partant du haut pour sélectionner la deuxième mesure. Appuyez sur la touche de fonction supérieure intitulée «Source» jusqu'à ce que «CH1» soit répertorié. Appuyez sur la deuxième touche programmable à partir du haut intitulée "Type" jusqu'à ce que "Pk-Pk" s'affiche. Votre affichage devrait ressembler à celui de la Figure 10. Appuyez sur la touche de fonction inférieure pour revenir en arrière.
- 7Appuyez sur la troisième touche de fonction en partant du haut pour sélectionner la troisième mesure. Appuyez sur la touche de fonction supérieure intitulée «Source» jusqu'à ce que «CH2» soit répertorié. Appuyez sur la deuxième touche programmable à partir du haut intitulée "Type" jusqu'à ce que "Freq" s'affiche. Votre affichage devrait ressembler à celui de la Figure 11. Appuyez sur la dernière touche programmable (cinquième à partir du haut) pour revenir en arrière.
- 8Appuyez sur la quatrième touche de fonction en partant du haut pour sélectionner la quatrième mesure. Appuyez sur la touche de fonction supérieure intitulée «Source» jusqu'à ce que «CH2» soit répertorié. Appuyez sur la deuxième touche programmable à partir du haut intitulée "Type" jusqu'à ce que "Pk-Pk" s'affiche. Votre affichage devrait ressembler à celui de la Figure 12. Appuyez sur la touche de fonction inférieure pour revenir en arrière.
- 9Tournez légèrement le bouton "sec/div horizontal" dans le sens inverse des aiguilles d'une montre jusqu'à ce qu'il s'enclenche une fois. Votre affichage devrait maintenant afficher plus d'une période, comme l'affichage de la figure 13. Les mesures de fréquence CH1 et CH2 devraient changer de "?" à la vraie lecture.
- 10Appuyez sur le bouton "curseur" en haut au milieu de l'oscilloscope. L'écran par défaut doit ressembler à celui de la figure 14.
- 11Appuyez sur la touche de fonction supérieure à côté de «type» jusqu'à ce que «heure» soit répertorié. Le milieu de la colonne de droite de l'écran nous montre les lectures qui nous intéressent: Δt et ΔV. En dessous, les lectures du curseur 1 et du curseur 2 sont affichées.
Partie 6 sur 8: créer la feuille de calcul pour enregistrer vos données
- 1Sur votre ordinateur de laboratoire, ouvrez Excel et démarrez une nouvelle feuille de calcul. Étiquetez les colonnes «Fréquence», «Vin», «dV», «Vout», «Retard», «Phase» et «Gain».
- 2Sous «fréquence», entrez chaque fréquence que vous prévoyez de tester (reportez-vous aux procédures de votre laboratoire).
- 3Sous "vout" dans la cellule d2, entrez cette formule: =B2+C2
- 4Appuyez sur retour. Le "=B2+C2" se transforme en zéro puisque nous n'avons rien entré dans B2 ou C2.
- 5Appuyez sur ctrl+d, puis revenez. La formule est copiée de D2 dans D3, Excel changeant automatiquement sa formule en "=B3+C3". Continuez à appuyer sur Ctrl+D puis revenez jusqu'à ce que vous remplissiez la colonne pour chacune de vos fréquences.
- 6Sous "phase" dans la cellule f2, entrez cette formule: =2*pi()*A2*E2
- 7Appuyez sur retour. Appuyez sur Ctrl+D, puis revenez comme vous l'avez fait auparavant pour remplir la colonne.
- 8Sous "gain" dans la cellule g2, entrez cette formule: =20*log10(D2/B2)
- 9Appuyez sur retour. Appuyez sur Ctrl+D, puis revenez comme vous l'avez fait auparavant pour remplir la colonne. Ignorez les erreurs pour le moment.
- 10Enregistrez cette feuille de calcul pour l'utiliser comme modèle. Vous pourrez l'utiliser la prochaine fois que vous aurez besoin de créer un tracé de Bode, ce qui vous permettra de sauter la partie 6.
Le tracé de phase décrit comment différentes fréquences prennent un temps relativement plus court ou plus long pour parcourir le circuit.
Partie 7 sur 8: obtenir les données pour le diagramme de Bode
- 1Votre oscilloscope devrait toujours être sur l'affichage du curseur à partir de la fin de la partie 5. Si ce n'est pas le cas, appuyez sur le bouton "CURSEUR" en haut au milieu de l'oscilloscope.
- 2Tournez le bouton "horizontal sec/div" pour zoomer sur la vague, de sorte qu'une seule période s'affiche.
- 3Appuyez sur la quatrième touche programmable en partant du haut pour sélectionner le curseur 1.
- 4Tournez le bouton "multi-fonction" situé en haut au centre de l'oscilloscope pour déplacer le curseur. Le bouton n'est pas étiqueté et est situé juste au-dessus du bouton "PRINT".
- 5Positionnez le curseur de manière à ce qu'il s'aligne avec le haut de l'onde ch1 (supérieure, en orange).
- 6Appuyez sur la dernière touche programmable (la cinquième à partir du haut) pour sélectionner le curseur 2.
- 7Tournez le bouton "multi-fonction" situé en haut au centre de l'oscilloscope pour déplacer le curseur. Positionnez le curseur de manière à ce qu'il s'aligne avec le haut de l'onde CH2 (inférieure, en bleu).
- 8Sur votre feuille de calcul, enregistrez vos données:
- une. Vin - la lecture de tension sous le curseur 1 (820 mV dans l'exemple ci-dessus; enregistrez-la sous la forme 0,820 dans votre feuille de calcul)
- b. dV - la lecture à côté de ΔV (20,0 mV dans l'exemple ci-dessus; enregistrez-le comme 0,020 dans votre feuille de calcul)
- c. Retard - la lecture à côté de Δt (160,0 µs dans l'exemple ci-dessus; enregistrez-le comme 0,000160 dans votre feuille de calcul).
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Partie 8 sur 8: création du tracé de Bode
- 1Pour le tracé de gain: Entrez une étape ici, puis cliquez sur 1. Sélectionnez les colonnes Fréquence et Gain.
- 2Cliquez sur «insérer» et recherchez l'option «graphique en nuage de points».
- 3Faites un clic droit sur l'axe vertical et choisissez "formater l'axe..."
- 4Cliquez sur "échelle logarithmique"
- 5Faites un clic droit sur l'axe horizontal et choisissez "formater l'axe..."
- 6Cliquez sur "échelle logarithmique"
- 7Pour le tracé de phase: Sélectionnez les colonnes Fréquence et Gain.
- 8Entrez une étape ici, puis cliquez sur «insérer» et recherchez l'option «graphique en nuage de points».
- 9Faites un clic droit sur l'axe horizontal et choisissez "formater l'axe..."
- 10Cliquez sur "échelle logarithmique".
- Si l'affichage semble toujours bruyant ou irrégulier, vérifiez les points suivants:
- a.Vérifiez si la sortie du générateur de fonction est activée (partie 3, étape 5).
- b.Vérifiez si des câbles ou des connexions se sont desserrés (partie 1, étapes 1-4).
- c. Calibrez vos sondes (demandez au TA des instructions à ce sujet).
- d.Essayez un autre câble (partie 1, étapes 1-4) car le câble peut être endommagé.
- Notez que ces lectures de curseur sont à la fois pour le canal répertorié sous "Source". Notez également que le changement de canal source affecte les deux curseurs en même temps. L'oscilloscope ne permet pas de donner à chaque voie son propre curseur. N'enregistrez pas accidentellement le curseur 1 en tant que CH1 et le curseur 2 en tant que CH2 dans vos données de laboratoire!
- Attention - Risque d'électrocution. Cette procédure implique des circuits sous tension. Bien que les tensions et les courants utilisés dans cette procédure soient faibles, il existe un risque de choc électrique. Ne touchez pas les fils ou les circuits pendant la mesure et suivez les procédures de sécurité du laboratoire pour éviter tout accident dans votre espace de travail.
- Oscilloscope (le Tektronix TDS2012b est utilisé ici)
- Générateur de fonctions (le Hameg HM8131 est utilisé ici)
- Trois sondes d'oscilloscope (aucun type spécifique n'est requis)
- Le circuit à tester
- Un ordinateur avec un tableur (Microsoft Excel 2013 est utilisé ici)
