พล็อตลางบอกเหตุคือกราฟที่อธิบายว่าวงจรตอบสนองต่อความถี่ต่างๆ อย่างไร ตัวอย่างเช่น สิ่งนี้บอกเราว่าแอมพลิฟายเออร์มีการตอบสนองเสียงเบสต่ำ (ความถี่ต่ำ) วิศวกรใช้แผนผังเหล่านี้เพื่อทำความเข้าใจการออกแบบของตนเองให้ดีขึ้น เพื่อเลือกส่วนประกอบสำหรับการออกแบบใหม่ หรือเพื่อพิจารณาว่าวงจรจะไม่เสถียรหรือไม่เมื่อใช้ความถี่ที่ไม่ถูกต้อง
ขั้นตอน
ส่วนที่ 1 จาก 8: คำจำกัดความเพิ่มเติม
ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ พล็อตลางบอกเหตุคือกราฟที่อธิบายว่าวงจรตอบสนองต่อความถี่ต่างๆ อย่างไร พล็อตลางสังหรณ์แสดงอัตราขยายของวงจรตามความถี่โดยเฉพาะ อันที่จริงประกอบด้วยกราฟสองกราฟ: การตอบสนองขนาดและการตอบสนองเฟส เพื่อแสดงให้เห็นสิ่งนี้ ตัวอย่างพล็อต Bode แสดงไว้ด้านล่าง:
แรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นในเดซิเบลถูกกำหนดเป็น:
G_dB=20*〖log〗_10 (Vout/Vin).
เกนที่เป็นบวกหมายถึงการขยาย และเกนลบหมายถึงการลดทอน ดังนั้นหากวงจรมี Vout 1 โวลต์และ Vin ที่ √2 โวลต์ (แรงดันไฟฟ้าตก) อัตราขยายจะเป็น:
G_dB=20〖*log〗_10 (1/√2)=-3 dB.
เครื่องหมาย -3 dB นี้มีความสำคัญ เนื่องจากเป็นการระบุว่ากำลังส่งออกของวงจร (ไม่ใช่แรงดันไฟฟ้า!) อยู่ที่ใดเท่ากับครึ่งหนึ่งของกำลังไฟฟ้าเข้า
แผนภาพเฟสอธิบายว่าความถี่ต่างกันใช้เวลาเดินทางผ่านวงจรค่อนข้างสั้นหรือนานกว่า ความถี่ใดๆ ที่มีการอ่านเฟสเป็น -180º หรือ –π เรเดียน จะไม่เสถียรที่ความถี่นั้น
ในการสร้างพล็อตลางบอกเหตุจากวงจรที่มีอยู่ ให้ทดสอบวงจรด้วยช่วงความถี่ ช่วงนี้ขึ้นอยู่กับแอปพลิเคชันที่มีอยู่ เช่น การรับส่งข้อมูลเสียงหรือข้อมูล กระตุ้นอินพุตของวงจรด้วยคลื่นไซน์อย่างง่ายที่ความถี่ที่สนใจ วัดอินพุตและเอาต์พุตด้วยออสซิลโลสโคป และเปรียบเทียบความแตกต่างระหว่างทั้งสอง บันทึกความแตกต่างเหล่านี้ในสเปรดชีต จากนั้นสร้างกราฟเพื่อดูแผนภาพสุดท้าย ข้อมูลสามารถทำเป็นตารางและวางแผนด้วยมือแทนได้ หากต้องการ
[เอ็ด. หมายเหตุ: ตัวเลขบางส่วนหายไปจากบทช่วยสอนนี้ หากคุณรู้ว่าต้องเพิ่มอะไร ให้ใช้เครื่องมือเพิ่มรูปภาพเพื่ออัปโหลดตัวเลขที่เกี่ยวข้อง]
ส่วนที่ 2 จาก 8: การเชื่อมต่ออุปกรณ์
ขั้นตอนที่ 1 ตรวจสอบว่าเครื่องกำเนิดฟังก์ชันและออสซิลโลสโคปเชื่อมต่อกับเต้ารับไฟฟ้ากระแสสลับที่ใกล้ที่สุด
ขั้นตอนที่ 2 เชื่อมต่อโพรบตัวแรกกับขั้วต่อ “50 Ω OUTPUT” ที่มุมขวาล่างด้านหน้าของเครื่องกำเนิดฟังก์ชัน
- NS. ต่อขั้วบวกสีแดงเข้ากับขั้วอินพุตของวงจรของคุณ
- NS. ต่อขั้วลบสีดำเข้ากับขั้วกราวด์ของวงจรของคุณ
ขั้นตอนที่ 3. เชื่อมต่อโพรบที่สองกับขั้วต่อ “CH 1” ที่ด้านหน้าของออสซิลโลสโคป
- NS. ต่อขั้วบวกสีแดงเข้ากับขั้วอินพุทของวงจรของคุณ
- NS. ต่อขั้วลบสีดำเข้ากับขั้วกราวด์ของวงจรของคุณ
ขั้นตอนที่ 4. เชื่อมต่อโพรบที่สามกับขั้วต่อ “CH 2” ที่ด้านหน้าของออสซิลโลสโคป
- NS. ต่อขั้วบวกสีแดงเข้ากับขั้วเอาท์พุตของวงจรของคุณ
- NS. เชื่อมต่อตะกั่วลบสีดำกับขั้วกราวด์ของวงจรของคุณ (เว้นแต่จะได้รับคำแนะนำเป็นอย่างอื่นจากห้องปฏิบัติการ TA)
ขั้นตอนที่ 5. ตรวจสอบให้แน่ใจว่าสายเคเบิลไม่ได้ห้อยอยู่ที่ขอบของพื้นที่ทำงาน
ขั้นตอนที่ 6 ตรวจสอบการเชื่อมต่ออีกครั้ง
ควรเป็นดังแสดงในรูปที่ 1
รูปที่ 1 – การเชื่อมต่ออุปกรณ์ของคุณ
ตอนที่ 3 จาก 8: เปิดอุปกรณ์
ขั้นตอนที่ 1. กดปุ่มเปิด/ปิด (ที่มีป้ายกำกับว่า “O/I”) ที่ด้านบนของออสซิลโลสโคป
ขั้นตอนที่ 2 กดปุ่ม "POWER" ที่มุมขวาบนของตัวสร้างฟังก์ชัน
ขั้นตอนที่ 3 หลังจากที่อุปกรณ์ทำการทดสอบตัวเองแล้ว ควรมีลักษณะคล้ายกับที่แสดงในรูปที่ 2 (แสดงในขั้นตอนนี้)
ส่วนที่ 4 จาก 8: ตั้งค่าความถี่และแอมพลิจูดของตัวสร้างฟังก์ชัน
ขั้นตอน 1. กดปุ่มด้านล่าง “FREQ
” บนตัวสร้างฟังก์ชัน ไฟเหนือปุ่มจะเปิดขึ้น หน้าจอของคุณควรมีลักษณะคล้ายกับรูปที่แสดงในขั้นตอนนี้
ขั้นตอนที่ 2 ปรับความถี่เป็นความถี่ต่ำสุดที่คุณต้องการทดสอบ ความถี่เริ่มต้นของคุณ
ซึ่งสามารถทำได้ด้วยแป้นหมุนขนาดใหญ่บนตัวสร้างฟังก์ชัน หรือด้วยปุ่มซอฟท์คีย์สี่ปุ่มด้านล่างจอแสดงผล ปุ่มที่มีเครื่องหมาย "- val +" เปลี่ยนตัวเลขใต้เคอร์เซอร์ และปุ่ม "" จะย้ายเคอร์เซอร์
ขั้นตอน 3. กดปุ่มด้านล่าง “AMPL
” บนตัวสร้างฟังก์ชัน ไฟเหนือปุ่มจะเปิดขึ้น หน้าจอของคุณควรมีลักษณะคล้ายกับรูปที่ 5 ในขณะนี้
ขั้นตอนที่ 4 ปรับแอมพลิจูดเป็นแรงดันไฟฟ้าที่ระบุในขั้นตอนของห้องปฏิบัติการสำหรับวงจรที่กำลังทดสอบ โดยใช้แป้นหมุนหรือซอฟต์คีย์เดียวกัน
สังเกตว่านี่คือ Vpp แรงดันไฟฟ้าจากยอดถึงยอด แรงดันไฟฟ้าสูงสุด (บวก) และต่ำสุด (เชิงลบ) ของคลื่นจะเป็นครึ่งหนึ่งของแรงดันไฟฟ้าจากยอดถึงยอด
ขั้นตอนที่ 5. กดปุ่ม “OUTPUT” บนตัวสร้างฟังก์ชัน
ไฟทางด้านซ้ายของปุ่มจะเปิดขึ้น
ส่วนที่ 5 จาก 8: ตั้งค่าหน้าต่างออสซิลโลสโคป
ขั้นตอนที่ 1. กดปุ่ม “ตั้งค่าเริ่มต้น” ที่มุมบนขวาของออสซิลโลสโคป
จอแสดงผลควรมีลักษณะคล้ายกับรูปที่ 6 คลื่นอาจปรากฏขึ้นบนจอแสดงผลหรืออาจแสดงเฉพาะสัญญาณรบกวนเท่านั้น ขั้นตอนต่อไปจะนำมาเน้น
ขั้นตอนที่ 2. กดปุ่ม “AUTOSET” ที่มุมขวาบนของออสซิลโลสโคป
จอแสดงผลควรมีลักษณะคล้ายกับรูปที่ 7 และคลื่นควรปรากฏอยู่ในโฟกัส
ขั้นตอนที่ 3 กดปุ่มซอฟท์คีย์ที่สองจากด้านบน
สิ่งนี้บอกให้ออสซิลโลสโคปแสดงคาบเดียวของคลื่น จอแสดงผลของคุณควรมีลักษณะเหมือนที่แสดงในรูปที่ 7
ซอฟต์คีย์ของออสซิลโลสโคปอยู่ที่ด้านขวาของจอแสดงผล
ขั้นตอนที่ 4. กดปุ่ม "MEASURE" ที่ตรงกลางด้านบนของออสซิลโลสโคป
หน้าจอการวัดเริ่มต้นจะปรากฏขึ้นเช่นเดียวกับที่แสดงในรูปที่ 8
ขั้นตอนที่ 5. กดปุ่มซอฟท์คีย์ด้านบนบนออสซิลโลสโคปเพื่อเลือกการวัดครั้งแรก
กดซอฟต์คีย์ด้านบนที่มีป้ายกำกับว่า “แหล่งที่มา” จนกระทั่ง “CH1” อยู่ในรายการ กดปุ่มซอฟท์คีย์ที่สองจากด้านบนที่ระบุว่า "ประเภท" จนกระทั่ง "ความถี่" ปรากฏขึ้น จอแสดงผลของคุณควรมีลักษณะเหมือนในรูปที่ 9 กดปุ่มซอฟท์คีย์ด้านล่างเพื่อย้อนกลับ
ขั้นตอนที่ 6 กดปุ่มซอฟท์คีย์ที่สองจากด้านบนเพื่อเลือกการวัดที่สอง
กดซอฟต์คีย์ด้านบนที่มีป้ายกำกับว่า “แหล่งที่มา” จนกระทั่ง “CH1” อยู่ในรายการ กดปุ่มซอฟท์คีย์ที่สองจากด้านบนที่มีป้ายกำกับว่า “ประเภท” จนกระทั่ง “Pk-Pk” ปรากฏขึ้น จอแสดงผลของคุณควรมีลักษณะเหมือนในรูปที่ 10 กดปุ่มซอฟท์คีย์ด้านล่างเพื่อย้อนกลับ
ขั้นตอนที่ 7 กดปุ่มซอฟท์คีย์ที่สามจากด้านบนเพื่อเลือกการวัดที่สาม
กดซอฟต์คีย์ด้านบนที่มีป้ายกำกับว่า “แหล่งที่มา” จนกระทั่ง “CH2” อยู่ในรายการ กดปุ่มซอฟท์คีย์ที่สองจากด้านบนที่ระบุว่า "ประเภท" จนกระทั่ง "ความถี่" ปรากฏขึ้น จอแสดงผลของคุณควรมีลักษณะเหมือนในรูปที่ 11 กดปุ่มซอฟท์คีย์สุดท้าย (ที่ห้าจากด้านบน) เพื่อย้อนกลับ
ขั้นตอนที่ 8 กดปุ่มซอฟท์คีย์ที่สี่จากด้านบนเพื่อเลือกการวัดที่สี่
กดซอฟต์คีย์ด้านบนที่มีป้ายกำกับว่า “แหล่งที่มา” จนกระทั่ง “CH2” อยู่ในรายการ กดปุ่มซอฟท์คีย์ที่สองจากด้านบนที่มีป้ายกำกับว่า “ประเภท” จนกระทั่ง “Pk-Pk” ปรากฏขึ้น จอแสดงผลของคุณควรมีลักษณะเหมือนในรูปที่ 12 กดปุ่มซอฟท์คีย์ด้านล่างเพื่อย้อนกลับ
ขั้นตอนที่ 9. หมุนปุ่ม “HORIZONTAL SEC/DIV” ทวนเข็มนาฬิกาเล็กน้อยจนกระทั่งคลิกหนึ่งครั้ง
ขณะนี้จอแสดงผลของคุณควรแสดงมากกว่าหนึ่งช่วงเวลา เช่น การแสดงในรูปที่ 13 การวัดความถี่ CH1 และ CH2 ควรเปลี่ยนจาก “?” สู่การอ่านอย่างแท้จริง
ขั้นตอนที่ 10. กดปุ่ม “CURSOR” ที่ตรงกลางด้านบนของออสซิลโลสโคป
หน้าจอเริ่มต้นควรมีลักษณะเหมือนในรูปที่ 14
ขั้นตอนที่ 11 กดปุ่มซอฟท์คีย์ด้านบนถัดจาก "ประเภท" จนกว่า "เวลา" จะปรากฏ
คอลัมน์ตรงกลางด้านขวาของหน้าจอจะแสดงค่าที่เราสนใจ: Δt และ ΔV ด้านล่างนั้น การอ่านค่าของเคอร์เซอร์ 1 และเคอร์เซอร์ 2 จะแสดงขึ้น
ตอนที่ 6 จาก 8: การสร้างเวิร์กชีตเพื่อบันทึกข้อมูลของคุณ
ขั้นตอนที่ 1 บนคอมพิวเตอร์ในห้องปฏิบัติการ ให้เปิด Excel แล้วเริ่มสเปรดชีตใหม่
ติดป้ายกำกับคอลัมน์ "ความถี่" "Vin" "dV" "Vout" "Delay" "Phase" และ "Gain"
ขั้นตอนที่ 2 ด้านล่าง "ความถี่" ให้ป้อนความถี่แต่ละความถี่ที่คุณวางแผนจะทดสอบ (ดูขั้นตอนในห้องปฏิบัติการของคุณ)
ขั้นตอนที่ 3 ด้านล่าง “Vout” ในเซลล์ D2 ให้ป้อนสูตรนี้:
=B2+C2
ขั้นตอนที่ 4. กดย้อนกลับ
“=B2+C2” จะกลายเป็นศูนย์เนื่องจากเราไม่ได้ป้อนสิ่งใดใน B2 หรือ C2
ขั้นตอนที่ 5. กด Ctrl+D แล้วย้อนกลับ
สูตรจะถูกคัดลอกจาก D2 ไปยัง D3 โดย Excel จะเปลี่ยนสูตรเป็น “=B3+C3” โดยอัตโนมัติ กด Ctrl+D ค้างไว้แล้วย้อนกลับจนกว่าคุณจะกรอกคอลัมน์สำหรับแต่ละความถี่ของคุณ
ขั้นตอนที่ 6 ด้านล่าง "เฟส" ในเซลล์ F2 ให้ป้อนสูตรนี้:
=2*pi()*A2*E2
ขั้นตอนที่ 7 กดย้อนกลับ
กด Ctrl+D แล้วกลับมาเหมือนเดิมเพื่อเติมคอลัมน์
ขั้นตอนที่ 8 ด้านล่าง "กำไร" ในเซลล์ G2 ให้ป้อนสูตรนี้:
=20*log10(D2/B2)
ขั้นตอนที่ 9 กดย้อนกลับ
กด Ctrl+D แล้วกลับมาเหมือนเดิมเพื่อเติมคอลัมน์ ละเว้นข้อผิดพลาดสำหรับตอนนี้
ขั้นตอนที่ 10. บันทึกแผ่นงานนี้เพื่อใช้เป็นแม่แบบ
คุณสามารถใช้มันในครั้งต่อไปที่คุณต้องการสร้างพล็อต Bode ให้คุณข้ามส่วนที่ 6
ส่วนที่ 7 จาก 8: การรับข้อมูลสำหรับพล็อตลางบอกเหตุ
ขั้นตอนที่ 1 ออสซิลโลสโคปของคุณควรยังคงอยู่บนการแสดงเคอร์เซอร์จากส่วนท้ายของส่วนที่ 5
หากไม่เป็นเช่นนั้น ให้กดปุ่ม "CURSOR" ที่ตรงกลางด้านบนของออสซิลโลสโคป
ขั้นตอนที่ 2. หมุนปุ่ม “HORIZONTAL SEC/DIV” เพื่อซูมเข้าที่คลื่น เพื่อให้แสดงช่วงเวลาเดียว
ขั้นตอนที่ 3 กดปุ่มซอฟท์คีย์ที่สี่จากด้านบนเพื่อเลือก Cursor 1
ขั้นตอนที่ 4 หมุนปุ่ม "มัลติฟังก์ชั่น" ที่ด้านบนตรงกลางของออสซิลโลสโคปเพื่อเลื่อนเคอร์เซอร์
ปุ่มนี้ไม่มีป้ายกำกับและอยู่เหนือปุ่ม "พิมพ์"
ขั้นตอนที่ 5. วางเคอร์เซอร์ให้อยู่ในแนวเดียวกับด้านบนสุดของคลื่น CH1 (บนเป็นสีส้ม)
ขั้นตอนที่ 6. กดปุ่มซอฟท์คีย์สุดท้าย (ที่ห้าจากด้านบน) เพื่อเลือก Cursor 2
ขั้นตอนที่ 7 หมุนปุ่ม "มัลติฟังก์ชั่น" ที่ด้านบนตรงกลางของออสซิลโลสโคปเพื่อเลื่อนเคอร์เซอร์
วางเคอร์เซอร์ให้อยู่ในแนวเดียวกับด้านบนสุดของคลื่น CH2 (ด้านล่างเป็นสีน้ำเงิน)
ขั้นตอนที่ 8 บนสเปรดชีตของคุณ บันทึกข้อมูลของคุณ:
- NS. Vin – ค่าแรงดันไฟฟ้าที่อ่านได้ภายใต้เคอร์เซอร์ 1 (820 mV ในตัวอย่างด้านบน บันทึกเป็น 0.820 ในสเปรดชีตของคุณ)
- NS. dV – การอ่านถัดจาก ΔV (20.0 mV ในตัวอย่างด้านบน บันทึกเป็น 0.020 ในสเปรดชีตของคุณ)
- ค. ความล่าช้า – การอ่านถัดจาก Δt (160.0 µs ในตัวอย่างด้านบน บันทึกเป็น 0.000160 ในสเปรดชีตของคุณ)
ตอนที่ 8 จาก 8: การสร้างพล็อตลางบอกเหตุ
ขั้นตอนที่ 1 สำหรับพล็อตกำไร:
ป้อนหนึ่งขั้นตอนที่นี่ แล้วคลิก 1 เลือกคอลัมน์ความถี่และเกน
ขั้นตอนที่ 2 คลิก "แทรก" และมองหาตัวเลือก "แผนภูมิกระจาย"
ขั้นที่ 3. คลิกขวาที่แกนตั้งและเลือก “Format Axis…”
ขั้นตอน 4. คลิก “มาตราส่วนลอการิทึม”
ขั้นที่ 5. คลิกขวาที่แกนนอนแล้วเลือก “Format Axis…”
ขั้นตอน 6. คลิก “มาตราส่วนลอการิทึม”
ขั้นตอนที่ 7 สำหรับพล็อตเฟส:
เลือกคอลัมน์ความถี่และเกน
ขั้นตอนที่ 8 ป้อนขั้นตอนเดียวที่นี่ จากนั้นคลิก "แทรก" และมองหาตัวเลือก "แผนภูมิกระจาย"
ขั้นที่ 9. คลิกขวาที่แกนนอนแล้วเลือก “Format Axis…”
ขั้นตอนที่ 10. คลิก “มาตราส่วนลอการิทึม”
เคล็ดลับ
-
หากจอแสดงผลยังมีสัญญาณรบกวนหรือไม่แน่นอน ให้ตรวจสอบสิ่งต่อไปนี้:
- ก. ตรวจสอบว่าเอาต์พุตของตัวสร้างฟังก์ชันเปิดอยู่หรือไม่ (ตอนที่ 3 ขั้นตอนที่ 5)
- ข ตรวจสอบว่าสายหรือจุดต่อหลวมหรือไม่ (ตอนที่ 1 ขั้นตอนที่ 1-4)
- c. ปรับเทียบโพรบของคุณ (ขอคำแนะนำเกี่ยวกับเรื่องนี้จาก TA)
- ง. ลองใช้สายเคเบิลอื่น (ตอนที่ 1, ขั้นตอนที่ 1-4) เนื่องจากสายเคเบิลอาจเสียหายได้
- โปรดทราบว่าการอ่านเคอร์เซอร์เหล่านี้มีไว้สำหรับช่องที่อยู่ภายใต้ "แหล่งที่มา" โปรดทราบว่าการเปลี่ยนช่องสัญญาณต้นทางจะส่งผลต่อเคอร์เซอร์ทั้งสองพร้อมกัน ออสซิลโลสโคปไม่อนุญาตให้เรากำหนดเคอร์เซอร์ให้แต่ละช่องสัญญาณ อย่าเผลอบันทึก Cursor 1 เป็น CH1 และ Cursor 2 เป็น CH2 ในข้อมูลแล็บของคุณ!