4.4. Построитель частотных характеристик (Боде плоттер)

Построитель частотных характеристикиспользуют для анализа частотных свойств электрических схем. Частотные свойства схем оценивают с помощью частотных характеристик: амплитудно-частотной(АЧХ)и фазо-частотной(ФЧХ).

АЧХпредставляет зависимость от частоты отношения выходного напряжения к входному (т.е. коэффициента усиления):

АЧХ=> K_ус(f) = U_вых(f)/U_вх(f)

Чаще всего коэффициент усиления выражают в децибелах (дБ) по формуле:

K_ус(f) = 20lg(U_вых(f)/U_вх(f))

ФЧХпредставляет зависимость от частоты сдвига фазы (в градусах) между выходным напряжением и входным.

Кусочно-линейные аппроксимации частотных характеристик в зарубежной литературе называют диаграммами Боде, а технические средства для их визуализации –Боде плоттерами.

На рис. 4.6,а построительпоказан в виде значка, то есть так, как он представлен на полке. Именно в таком виде его подключают в схему, используя клеммыINиOUT. Схема, к которой может быть подключенпостроитель, должна удовлетворять следующим требованиям:

– коэффициент усиления схемы должен быть частотно-зависи­мым: это может быть усилитель, фильтр и т.п.;

–к входу схемы обязательно должен быть подключен источник напряжения переменного тока (например, функциональный генератор).

Рис.4.6. Построитель частотных характеристик (Боде плоттер)

Подключите входные и выходные клеммы построителя к тем точкам схемы, в которых бы вы хотели измерять входное и выходное напряжения(см. рис. 4.6,а и рис. 4.7). Построитель частотных характеристик генерирует свой собственный набор частот. Частота любых источников переменного тока, имеющихся в цепи, игнорируется.

На рис. 4.6,б построительпоказан в развернутом виде, который получается после двойного щелчка на значке.

Левуючасть построителя занимает экран, на котором будет изображаться одна из частотных характеристик исследуемой схемы. Вправойчасти расположены органы управления и измерения.

Для измерения амплитудно-частотной характеристики (АЧХ)цепи нажмите кнопкуMAGNITUDE (ВЕЛИЧИНА), а для измерения фазо-частотной характеристики (ФЧХ) цепи нажмите кнопкуPHASE (ФАЗА).

Имеется возможность отдельно для горизонтальной и вертикальной осей выбрать различные шкалы: линейнуюилилогарифмическую. Для установки соответствующей шкалы нажмите в рамкахVERTICALиHORIZONTALкнопкуLOG(логарифмический) или кнопкуLIN(линейный).Логарифмическуюшкалу используют тогда, когда отображаемая по оси величина изменяется в большом диапазоне. При использовании построителя обычно длягоризонтальнойоси устанавливаютлогарифмическуюшкалу, а для вертикальной оси -логарифмическуюдляАЧХ (MAGNITUDE)илинейнуюдляФЧХ (PHASE).

Для вертикальной оси в рамке VERTICALможно задать начальное (Initial) и конечное (Final) значения, в пределах которых будет строиться график. Начальное значение выбирается в окнеI, а конечное – в окнеF. Выбор выполняется путем нажатия на клавиши со стрелками, находящимися в правой части окна. Прилогарифмическойшкале единицей измерения являетсядецибел(дБ), и выбор возможен в пределах от –200 дБ до 200 дБ с шагом 20 дБ. При линейной шкале единица измерения безразмерна (отношение напряжений) и выбор возможен в пределах от 0 до 10E9.

При измерении ФЧХ(нажата кнопкаPHASE) при любой шкале начальное и конечное значения изменяются в пределах от –720º до 720º с шагом 45º.

На горизонтальнойоси у построителя всегда  откладывается  частота.

Для этой оси в рамке HORIZONTALтоже можно задать начальное (Initial) и конечное (Final) значения частот, для которых будут строиться частотные характеристики. Начальное значение выбирается в окнеI,а конечное - в окнеF. Выбор выполняется путем нажатия на клавиши со стрелками, находящимися в правой части окна. При любой шкале значение частоты может изменяться в пределах от 0,1 до 999 той единицы измерения частоты, которая выбрана в расположенном рядом окне. Выбираемыми единицами измерения частоты могут быть мГц (mHz), Гц (Hz), кГц (kHz), МГц (MHz) и ГГц (GHz).

После завершения (или остановки) моделирования можно прочитатьзначения частоты и коэффициента усиления или фазы в любой точке графика. Для этого нужно перемещать сплошную вертикальную линию (визир), имеющуюся на экране. В начале моделированиявизирнаходится в крайней левой стороне экрана, совпадая с вертикальной осью координат. Перемещатьвизирможно двумя способами:

1) указать на визирмышью и тащить его к нужной точке графика при нажатой левой кнопке мыши;

2) щелкать кнопки сострелками влево/вправов нижней части построителя.

В любом случае в двух расположенных правее кнопок со стрелками окошках показываются координаты точки графика: в верхнем - по вертикальнойоси, а в нижнем - погоризонтальной. На рис. 4.5,б значенияАЧХв точке, где находится визир, составляют: коэффициент усиления равен –10.3 дБ на частоте 5.04 кГц.

В правой верхней части построителя имеется кнопка SAVE, нажав которую можно сохранить данные, на основании которых строились частотные характеристики схемы. При этом открывается стандартное окно диалогаSave Bode Date. По умолчанию имя файла данных совпадает с именем файла анализируемой схемы, а тип файла –.bod. Данные в файле сохраняются в текстовом виде (только текст).

На рис. 4.7 приведен пример схемы, собранной на монтажном столеEWB.

Рис.4.7. Пример схемы с подключенными приборами

Схема представляет собой фильтр первого порядка, частотные характеристики которого нужно исследовать. Обратите внимание на подключение уже рассмотренных приборов. В частности, нет необходимости соединять с землей осциллограф. Можно было бы не соединять с землей и две клеммы у Боде плоттера.