3 Описание прибора для наблюдение ачх и фчх цепи с конденсатором
Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) – это зависимость коэффициента передачи К любого четырехполюсника от частоты f . Коэффициент передачи – это отношение напряжения на выходе к напряжению на входе К = Uвых / Uвх.
Фазо-частотная характеристика (ФЧХ) – это зависимость от частоты f задержки сигнала на выходе по отношению к сигналу на входе, измеряемая в единицах времени или в угловых единицах (радиан или градус), когда период принимается равным 2π или 360 °.
В программе EWB имеется такой прибор, который позволяет напрямую измерять АЧХ и ФЧХ и называется на техническом русском языке измеритель АЧХ и ФЧХ или сокращенно ИФАЧХ. В программе EWB его называют «Bode Plotter»
В те времена, когда таких приборов еще не было АЧХ и ФЧХ строили по точкам. Каждую точку получали путем определения К или задержки сигнала (временнóй Δt или угловой Δφ) для данной частоты и наносили на плоскость с осями координат К- f и Δφ- f. Соединяли плавной линией и получали искомые характеристики.
В ИФАЧХ этот процесс автоматизирован. Основной его частью является осциллограф, в котором вместо временнóй горизонтальной линии прочерчивается частотная, а отклонение луча по вертикали для каждой точки частотной линии определяется К или Δφ исследуемого четырехполюсника.
На рисунке 10 показана передняя панель ИФАЧХ программе EWB.
Рисунок 10 - Передняя панель ИФАЧХ программе EWB
В реальных ИФАЧХ со входов «In» поступает переменное напряжение с периодически изменяющейся частотой. Вход прибора подключается ко входу исследуемого четырехполюсника. Выходного переменного напряжение четырехполюсника подается на гнезда «Out». Внутри прибора выделяется постоянная составляющая, пропорциональная К и подается на вход вертикального усилителя дисплея. Таким образом производится измерение АЧХ «Magnitude». Этот процесс периодически повторяется.
В программе EWB требуется дополнительный генератор GB1, как показано на рисунке11. Соединение потенциальных полюсов выхода генератора GB1 и входа «In» означает, что управления частотой генератора GB1 программно осуществляется ИФАЧХ. Кроме этого генератор одновременно выдает частоту, предварительно установленную вручную через всплывающее контекстное меню «Component Properties». Выходные напряжения с генератора с изменяющейся и постоянной частотами взаимно независимы. Так как входы «In» ИФАЧХ и исследуемого четырех- полюсника соединены между собой и с выходом генератора, то получается, что вход «In» фактически измеряет напряжение на входе четырехполюсника.
При измерении ФЧХ «Phase» переменное напряжение исследуемого четырехполюсника на его выходе сравнивается со входным по фазе с помощью встроенного в прибор фазометра. Разница фаз преобразуется в постоянную составляющую, которая также подается на вход вертикального усилителя дисплея.
При этом в обоих случаях, если на вход вертикального усилителя дисплея постоянная составляющая напряжения подается напрямую, то получаем линейную шкалу «Lin» по вертикали «Vertical», а если через логарифмический усилитель, то получаем логарифмическую шкалу «Log» по вертикали
Периодически изменяющаяся частота сигнала со входа «In» может осуществляться по линейному закону. В этом случае внутри прибора имеется источник периодического линейно-изменяющегося напряжение. Последнее подается на вход горизонтального усилителя дисплея как при линейной развертке осциллографа. При этом, если на вход горизонтального усилителя дисплея напряжение подается напрямую, то получаем линейную шкалу «Lin» по горизонтали «Horizontal», а если через логарифмический усилитель, то получаем логарифмическую шкалу «Log» также по горизонтали.
Динамический диапазон усилителя по вертикали устанавливается ступенчато в пределах окна дисплея с помощью кнопок «F» (верхняя граница диапазона) и «I»(нижняя граница диапазона). Причем для линейной шкалы «Lin» по вертикали «Vertical» границы представлены в Вольтах, а для логарифмической шкалы «Log» в dB.
Динамический диапазон изменения частоты сигнала со входа «In» также устанавливается ступенчато в пределах окна дисплея с помощью кнопок «F» (верхняя граница диапазона) и «I»(нижняя граница диапазона). Причем для линейной «Lin» и логарифмических шкал «Log» по горизонтали «Horizontal», границы представлены всегда в единицах частоты мГц, Гц, кГц , МГц и ГГц.
На экране дисплея находится курсор в виде вертикального отрезка, который по умолчанию всегда расположен на оси Y . Его можно захватить левой кнопкой мышки и перемещать с некоторым шагом по оси частот. Курсор можно также дискретно перемещать путем кратковременного нажатия на стрелки влево или вправо.
Справа от этих стрелок имеются две светлые полоски, расположенные одна над другой. Курсор, перемещаясь, пересекает графики АЧХ или ФЧХ в точках. В верхней полоске отображаются ординаты точек пересечения, а в нижней – абсциссы этих точек в единицах измерения динамических диапазонов по вертикали и горизонтали.
Уменьшения шага перемещения курсора получается при уменьшении динамического диапазон изменения частоты. Поэтому, для увеличения точности установки курсора на какую-либо частоту, надо уменьшать динамического диапазон, внутри которого находится нужная частота.
Для получения высокой точности измерения весь частотный диапазон надо разбить на несколько более узкополосных поддиапазонов и проводить измерения в одном поддиапазоне, потом перейти в соседний и т.д.
Уменьшение динамического диапазона по вертикали не изменяет точность определения ординаты точки при помощи курсора.