Um gráfico de Bode é um gráfico que descreve como um circuito responde a diferentes frequências. Isso nos diz, por exemplo, que um amplificador tem uma resposta pobre de graves (baixa frequência). Os engenheiros usam esses gráficos para entender melhor seus próprios projetos, escolher componentes para um novo projeto ou determinar se um circuito pode se tornar instável quando as frequências erradas são aplicadas.
Passos
Parte 1 de 8: Definição Estendida
Conforme mencionado anteriormente, um gráfico de Bode é um gráfico que descreve como um circuito responde a diferentes frequências. Um gráfico de Bode mostra especificamente o ganho de um circuito em relação à frequência. Na verdade, consiste em dois gráficos: uma resposta de magnitude e uma resposta de fase. Para ilustrar isso, um gráfico de Bode de amostra é mostrado abaixo:
O ganho de tensão em decibéis é definido como:
G_dB = 20 * 〖log〗 _10 (Vout / Vin).
Ganho positivo significa amplificação e ganho negativo indica atenuação. Portanto, se um circuito tivesse um Vout de 1 volts e um Vin de √2 volts (uma queda de tensão), seu ganho seria:
G_dB = 20 〖* log〗 _10 (1 / √2) = - 3 dB.
Esta marca de -3 dB é importante, pois indica onde a potência de saída do circuito (não a tensão!) É exatamente a metade de sua potência de entrada.
O gráfico de fase descreve como frequências diferentes levam um tempo relativamente mais curto ou mais longo para percorrer o circuito. Qualquer frequência com uma leitura de fase de -180º ou –π radianos será instável nessa frequência.
Para criar um gráfico de Bode a partir de um circuito existente, teste o circuito com uma faixa de frequências. Esse intervalo depende do aplicativo em questão, como transmissão de áudio ou dados. Estimule a entrada do circuito com uma onda senoidal simples nas frequências de interesse. Meça a entrada e a saída com um osciloscópio e compare a diferença entre os dois. Registre essas diferenças em uma planilha e, em seguida, represente graficamente o gráfico de Bode final. Os dados podem ser tabulados e plotados manualmente, se desejado.
[Ed. nota: algumas das figuras estão faltando neste tutorial. Se você sabe o que adicionar, use a ferramenta de adição de imagem para fazer o upload das Figuras relevantes.]
Parte 2 de 8: Conectando o equipamento
Etapa 1. Verifique se o gerador de função e o osciloscópio estão conectados à tomada CA mais próxima
Etapa 2. Conecte a primeira ponta de prova ao conector “50 Ω OUTPUT” no canto frontal inferior direito do gerador de função
- uma. Conecte o fio positivo vermelho ao terminal de entrada do seu circuito.
- b. Conecte o fio preto negativo ao terminal de aterramento do circuito.
Etapa 3. Conecte a segunda ponta de prova ao conector “CH 1” na frente do osciloscópio
- uma. Conecte o fio positivo vermelho ao terminal de entrada do seu circuito.
- b. Conecte o fio preto negativo ao terminal de aterramento do circuito.
Etapa 4. Conecte a terceira ponta de prova ao conector “CH 2” na frente do osciloscópio
- uma. Conecte o fio positivo vermelho ao terminal de saída do seu circuito.
- b. Conecte o fio preto negativo ao terminal de aterramento de seu circuito (a menos que seja instruído de outra forma pelo TA do laboratório).
Etapa 5. Certifique-se de que os cabos não estejam pendurados na borda da área de trabalho
Etapa 6. Verifique novamente as conexões
Eles devem ser conforme mostrado na Figura 1.
Figura 1 - Conexões do seu equipamento
Parte 3 de 8: Ligue o equipamento
Etapa 1. Pressione o botão liga / desliga (denominado “O / I”) na parte superior do osciloscópio
Etapa 2. Pressione o botão “POWER” no canto superior direito frontal do gerador de função
Etapa 3. Depois que o equipamento realiza seu autoteste, ele deve ser semelhante ao que é mostrado na Figura 2 (mostrado nesta etapa)
Parte 4 de 8: Definir a frequência e amplitude do gerador de função
Etapa 1. Pressione o botão abaixo de “FREQ
”No gerador de função. A luz acima do botão acende. Sua tela deve ser semelhante à Figura mostrada nesta etapa.
Etapa 2. Ajuste a frequência para a frequência mais baixa que deseja testar, sua frequência inicial
Isso pode ser feito com o grande dial no gerador de função ou com as quatro teclas de função abaixo do display. Os botões marcados com “- val +” mudam o dígito sob o cursor e os botões “” movem o cursor.
Etapa 3. Pressione o botão abaixo de “AMPL
”No gerador de função. A luz acima do botão acende. Sua tela deve ser semelhante à Figura 5 agora.
Etapa 4. Ajuste a amplitude para a tensão especificada no procedimento de laboratório para o circuito sendo testado, usando o mesmo dial ou teclas de função
Observe que se trata de Vpp, a tensão de pico a pico. As tensões máxima (positiva) e mínima (negativa) da onda serão a metade da tensão pico a pico.
Etapa 5. Pressione o botão “OUTPUT” no gerador de função
A luz à esquerda do botão acende.
Parte 5 de 8: Definir a janela do osciloscópio
Etapa 1. Pressione o botão “CONFIGURAÇÃO PADRÃO” no canto superior direito do osciloscópio
Seu display deve ser semelhante ao da Figura 6. A onda pode aparecer no display, ou pode mostrar apenas ruído. As próximas etapas o colocarão em foco.
Etapa 2. Pressione o botão “AUTOSET” no canto superior direito do osciloscópio
Sua exibição deve ser semelhante à Figura 7 e as ondas devem aparecer em foco.
Etapa 3. Pressione a segunda tecla de função de cima
Isso diz ao osciloscópio para exibir um único período da onda. Sua tela deve ser semelhante à da Figura 7.
As teclas do osciloscópio estão localizadas à direita do display
Etapa 4. Pressione o botão “MEDIR” na parte superior central do osciloscópio
A tela de medição padrão será mostrada, como a da Figura 8.
Etapa 5. Pressione a tecla de função superior no osciloscópio para selecionar a primeira medição
Pressione a tecla de função superior denominada “Fonte” até que “CH1” seja listado. Pressione a segunda tecla de função da parte superior denominada “Tipo” até que “Freq” seja mostrado. Sua tela deve ser semelhante à da Figura 9. Pressione a tecla de função inferior para voltar.
Etapa 6. Pressione a segunda tecla de função de cima para selecionar a segunda medição
Pressione a tecla de função superior denominada “Fonte” até que “CH1” seja listado. Pressione a segunda tecla de função da parte superior identificada como “Tipo” até que “Pico-Pico” seja mostrado. Sua tela deve ser semelhante à da Figura 10. Pressione a tecla de função inferior para voltar.
Etapa 7. Pressione a terceira tecla de função de cima para selecionar a terceira medição
Pressione a tecla de função superior denominada “Fonte” até que “CH2” seja listado. Pressione a segunda tecla de função da parte superior identificada como “Tipo” até que “Freq” seja mostrado. Sua tela deve ser semelhante à da Figura 11. Pressione a última tecla de função (a quinta a partir do topo) para voltar.
Etapa 8. Pressione a quarta tecla de função de cima para selecionar a quarta medição
Pressione a tecla de função superior denominada “Fonte” até que “CH2” seja listado. Pressione a segunda tecla de função da parte superior identificada como “Tipo” até que “Pico-Pico” seja mostrado. Sua tela deve ser semelhante à da Figura 12. Pressione a tecla de função inferior para voltar.
Etapa 9. Gire o botão “HORIZONTAL SEC / DIV” um pouco no sentido anti-horário até ouvir um clique
Seu display agora deve mostrar mais de um período, como o display na Figura 13. As medições de frequência de CH1 e CH2 devem mudar de “?” para a verdadeira leitura.
Etapa 10. Pressione o botão “CURSOR” na parte superior central do osciloscópio
A tela padrão deve ser semelhante à da Figura 14.
Etapa 11. Pressione a tecla de função superior ao lado de “Tipo” até que “Tempo” seja listado
O meio da coluna direita da tela nos mostra as leituras em que estamos interessados: Δt e ΔV. Abaixo disso, as leituras do Cursor 1 e do Cursor 2 são mostradas.
Parte 6 de 8: Criando a planilha para registrar seus dados
Etapa 1. No computador do laboratório, abra o Excel e inicie uma nova planilha
Identifique as colunas como "Frequência", "Vin", "dV", "Vout", "Atraso", "Fase" e "Ganho".
Etapa 2. Abaixo de “Freqüência”, insira cada freqüência que você planeja testar (consulte os procedimentos de seu laboratório)
Etapa 3. Abaixo de “Vout” na célula D2, insira esta fórmula:
= B2 + C2
Etapa 4. Pressione retornar
O "= B2 + C2" se transforma em zero, pois não inserimos nada em B2 ou C2.
Etapa 5. Pressione Ctrl + D e, em seguida, retorne
A fórmula é copiada de D2 para D3, com o Excel alterando sua fórmula para “= B3 + C3” automaticamente. Continue pressionando Ctrl + D e depois retorne até preencher a coluna de cada uma de suas frequências.
Etapa 6. Abaixo de “Fase” na célula F2, insira esta fórmula:
= 2 * pi () * A2 * E2
Etapa 7. Pressione retornar
Pressione Ctrl + D e, em seguida, volte como fez antes para preencher a coluna.
Etapa 8. Abaixo de “Ganho” na célula G2, insira esta fórmula:
= 20 * log10 (D2 / B2)
Etapa 9. Pressione retornar
Pressione Ctrl + D e, em seguida, volte como fez antes para preencher a coluna. Ignore os erros por enquanto.
Etapa 10. Salve esta planilha para usar como modelo
Você pode usá-lo na próxima vez que precisar criar um gráfico de Bode, permitindo pular a Parte 6.
Parte 7 de 8: Obtendo os dados para o gráfico de Bode
Etapa 1. Seu osciloscópio ainda deve estar na tela do cursor no final da Parte 5
Se não estiver, pressione o botão "CURSOR" na parte superior central do osciloscópio.
Etapa 2. Gire o botão “HORIZONTAL SEC / DIV” para ampliar a onda, de forma que um único período seja mostrado
Etapa 3. Pressione a quarta tecla de função de cima para selecionar o Cursor 1
Etapa 4. Gire o botão “multifuncional” localizado na parte superior central do osciloscópio para mover o cursor
O botão não tem rótulo e está localizado logo acima do botão “IMPRIMIR”.
Etapa 5. Posicione o cursor de forma que ele se alinhe com o topo da onda CH1 (superior, em laranja)
Etapa 6. Pressione a última tecla de função (a quinta da parte superior) para selecionar o Cursor 2
Etapa 7. Gire o botão “multifuncional” localizado na parte superior central do osciloscópio para mover o cursor
Posicione o cursor de forma que ele se alinhe com o topo da onda CH2 (inferior, em azul).
Etapa 8. Em sua planilha, registre seus dados:
- uma. Vin - a leitura de tensão sob o Cursor 1 (820 mV no exemplo acima; registre como 0,820 em sua planilha)
- b. dV - a leitura próxima a ΔV (20,0 mV no exemplo acima; registre isso como 0,020 em sua planilha)
- c. Atraso - a leitura próxima a Δt (160,0 µs no exemplo acima; registre como 0,000160 em sua planilha).
Parte 8 de 8: Criando o gráfico de Bode
Etapa 1. Para o gráfico de ganho:
Insira uma etapa aqui e clique em 1. Selecione as colunas Frequência e Ganho.
Passo 2. Clique em “Inserir” e procure a opção “Gráfico de dispersão”
Etapa 3. Clique com o botão direito do mouse no eixo vertical e escolha “Formatar eixo…”
Etapa 4. Clique em “Escala logarítmica”
Etapa 5. Clique com o botão direito do mouse no eixo horizontal e escolha “Formatar eixo…”
Etapa 6. Clique em “Escala logarítmica”
Etapa 7. Para o gráfico de fases:
Selecione as colunas Frequência e Ganho.
Etapa 8. Insira uma etapa aqui e clique em “Inserir” e procure a opção “Gráfico de dispersão”
Etapa 9. Clique com o botão direito do mouse no eixo horizontal e escolha "Formatar eixo …"
Etapa 10. Clique em “Escala logarítmica”
Pontas
-
Se a tela ainda parecer barulhenta ou irregular, verifique o seguinte:
- a. Verifique se a saída do gerador de função está ligada (parte 3, etapa 5).
- b. Verifique se algum cabo ou conexão se soltou (parte 1, etapas 1-4).
- c. Calibre suas sondas (peça instruções ao TA).
- d. Experimente outro cabo (parte 1, etapas 1-4), pois o cabo pode estar danificado.
- Observe que essas leituras do cursor são para o canal listado em "Fonte". Observe também que a mudança do canal de origem afeta os dois cursores ao mesmo tempo. O osciloscópio não nos permite dar a cada canal seu próprio cursor. Não registre acidentalmente o Cursor 1 como CH1 e o Cursor 2 como CH2 em seus dados de laboratório!
