Plotter bode: Боде плоттер multisim. Построитель частотных характеристик (Боде Плоттер). Установки плоттера Боде

Содержание

8.8 Плоттер Боде

Совет: «Плоский» сигнал не будет пересекать уровень переключения. Чтобы увидеть «плоский» сигнал, убедитесь, что переключение сигнала установлено в Auto.

Trigger Signal (переключающий сигнал)

Переключающий сигнал может быть внутренним, со ссылкой на входной сигнал канала А или В, или внешним, со ссылкой на сигнал на выводе внешней синхронизации. Если этот сигнал «плоский», или если сигнал должен быть отображен как можно раньше, выберите

Auto.

Используйте кнопку Sing., чтобы обеспечить триггеру осциллографа единственный проход до встречи с точкой переключения. Когда кривая достигнет конца экрана осциллографа, кривая не изменится пока вы вновь не щелкните по кнопке Sing.

Используйте кнопку Nor., чтобы осциллограф обновлял каждый раз изображение при достижении уровня переключения.

Используйте кнопку None, если вам не нужно использовать переключение.

8.7.2 Обзор результатов работы осциллографа

Использование Cursors и Readouts (показания прибора)

► Чтобы отобразить точные значения сигнала, перетащите курсор, пока не появится нужное значение. Вы можете также перемещать курсор точнее правым щелчком мышки по нему и использованием всплывающего меню. См. «Всплывающее меню курсора».

Окно под дисплеем показывает время и напряжение в проверяемой точке, где вертикальный курсор пересекает синусоидальную кривую, и разность между двумя положениями.

Когда схема активизирована и ее поведение симулируется, вы можете подключать осциллограф к другим узлам без повторной активизации схемы. Перемещение подключения автоматически перерисовывает форму сигнала в новых узлах. Если вы хорошо настроили осциллограф во время симуляции или после симуляции, дисплей обновляется автоматически.

Примечание: Если опции установки осциллографа или анализа изменились, чтобы отобразить больше деталей, форма сигнала может стать неразборчивой. Если так, активизируйте схему вновь, чтобы изображение улучшилось. Вы можете также увеличить точность сигнала, увеличивая время шага симуляции, как объясняется в разделе «Установки интерактивной симуляции».

►Чтобы использовать инструмент, щелкните по кнопке Bode Plotter на панели Instruments и щелкните по месту, где нужно расположить иконку в рабочей области. Иконка

используется для подключения плоттера к схеме. Двойной щелчок по иконке открывает панель инструмента, которая используется для ввода установок и просмотра результата измерения.

Примеры программирования микроконтроллеров, создание схем на микроконтроллерах, микроконтроллеры для начинающих

Новостная лента

Microchip расширяет экосистему Arduino-совместимой отладочной платформы chipKIT

Компания Microchip сообщила о расширении экосистемы отладочной платформы chipKIT. В состав Arduino-совместимой платформы chipKIT вошла высокоинтегрированная отладочная плата с Wi-Fi модулем и плата расширения для управления электродвигателями, разработанные компанией Digilent. Подробнее >>>

Источник: http://www.rlocman.ru

Просмотров: 28590

Дата добавления: 02.10.2014

MicroView — супер миниатюрная Arduino-совместимая отладочная плата с OLED дисплеем

На портале Kickstarter представлен проект супер миниатюрной отладочной платформы Arduino, выполненной в форм-факторе 16-выводного корпуса DIP и имеющей встроенный OLED дисплей с разрешением 64×48 точек. Несмотря на то, что отладочная плата является полностью завершенным решением, она может устанавливаться на макетную плату или непосредственно впаиваться в печатную плату для расширения функционала и управления внешней периферией. Подробнее >>>

Источник: http://www.rlocman.ru

Просмотров: 27934

Дата добавления: 17.04.2014

Размеры самого миниатюрного в мире ARM-микроконтроллера Freescale сократила еще на 15%

Freescale Semiconductor совершила новый технологический прорыв, добавив к семейству Kinetis самый миниатюрный и энергоэффективный в мире 32-разрядный микроконтроллер Kinetis KL03 с архитектурой ARM. Основанный на микроконтроллере предыдущего поколения Kinetis KL02, новый прибор получил дополнительную периферию, стал намного проще в использовании, и при этом сократился в размерах до 1.6 × 2.0 мм. Подробнее >>>

Источник: http://www.rlocman.ru

Просмотров: 1871

Дата добавления: 17.04.2014

Как вырастить микросхему с помощью белка

Без кремния немыслимо производство полупроводников, где он буквально нарасхват. При этом, естественно, большое значение имеют чистота вещества и строение кристаллов кремниевых соединений. Исследователи из Университета Лидса (Великобритания) предлагают способ выращивания таких кристаллов с помощью молекулярной биологии. По их мнению, это позволит создавать электронные микросхемы более высокого качества. Подробнее >>>

Источник: http://www.newscientist.com/

Просмотров: 3019

Дата добавления: 06.03.2014

Открытие нового раздела на сайте MCULAB.RU

На нашем сайте открыт новый раздел. Раздел посвящён моделированию различных схем по сопряжению микроконтроллеров и датчиков. Освещается схемотехника подключения к МК внешних устройств. В данной области до сих пор отсутствует систематизация, поэтому сделана попытка создать банк типовых решений, который в дальнейшем может дополняться, уточняться, расширяться. Подробнее >>>

Источник: /

Просмотров: 129718

Дата добавления: 04.02.2014

На сайте представлены примеры программирования, которые будут полезны как для опытного разработчика схем на микроконтроллерах, так и для новичка. Особо рассматривается программирование микроконтроллеров для начинающих пользователей. Программные примеры программирования разбиты на различные разделы. Основную массу составляют примеры программирования микроконтроллеров avr и микроконтроллеров microchip. Пользователю предлагается познакомиться с различными

примерами программирования и различными средами программирования: MicroLab, AVRStudio, MikroC, FloweCode. Представлены схемы на микроконтроллерах ведущих производителей: PIC и AVR. Рассматривается огромное количество схем для начинающих разработчиков. Если Вы начинающий радиолюбитель, то для Вас мы приготовили раздел микроконтроллеры для начинающих.

Современные микроконтроллеры относятся к классу микропроцессорных устройств. В основе принципа действия таких элементов лежит исполнение последовательного потока команд, называемого программой. Микроконтроллер получает программные команды в виде отдельных машинных кодов. Известно, что для создания и отладки программ, машинные коды подходят плохо, так как трудно воспринимаются человеком. Этот факт привел к появлению различных языков программирования и огромного количества различных компиляторов.

В основе языков программирования микроконтроллеров лежат классические языки для компьютеров. Единственным отличием становится ориентированность на работу со встроенными периферийными устройствами. Архитектура микроконтроллеров требует, например, наличия битово-ориентированных команд. Последние выполняют работу с отдельными линиями портов ввода/вывода или флагами регистров. Подобные команды отсутствуют в большинстве крупных архитектур. Например, ядро ARM, активно применяемое в микроконтроллерах, не содержит битовых команд, вследствие чего разработчикам пришлось создавать специальные методы битового доступа.

Популярное в разделе «MikroC»

Популярное в разделе «FloweCode»

Популярное в разделе «MicroLab»

Популярное в разделе «AVR Studio»

Популярное в разделе «Теоретические основы эл-ки»

Популярное в разделе «Основы МП техники»

Популярное в разделе «Аналоговый и цифровой сигнал»

Популярное в разделе «Цифровая схемотехника»

Примеры программирования микроконтроллеров будут представлены на хорошо всем известном языке Си. А перед тем как постигать азы программирования микроконтроллеров и схемотехнику устройств на микроконтроллерах, авторам предлагается ещё раз вспомнить основы микропроцессорной техники, основы электроники, полупроводниковую электронику, аналоговую и цифровую схемотехнику, а так же азы аналогового и цифрового представления сигнала. Для тех, кому хочется получить новые знания в области современного программирования, можно будет познакомиться с графическим языком программирования LabView.

Выбор языка программирования зависит от множества факторов. В первую очередь, типо решаемых задач и необходимым качеством кода. Если Вы ведёте разработку малых по объёму и несложных программ, то можно использовать практически любой язык. Для компактного кода подойдет Ассемблер, а если ставятся серьезные задачи, то альтернативы С/С++ практически нет. Также необходимо учитывать доступность компилятора. В итоге самым универсальным решением можно назвать связку Ассемблера и C/C++. Для простого освоения языков, можно воспользоваться примерами программ для микроконтроллера. Использование примеров программирования упростит и ускорит процесс освоения программирования микроконтроллеров.

Схемы на микроконтроллерах позволят начинающим разработчикам освоить тонкости проектирования, моделирования и программирования микроконтроллеров.

Практические способы получения участков Боде для неизвестного контура

Ну, у меня была похожая проблема, как создать практичный плоттер Bode для анализа с замкнутым контуром без больших затрат денег. Я собрал базовую систему, которая покрывает от 10 Гц до 50 кГц, которая покрывает мои простые потребности, она разворачивается по частоте и строит графики усиления и фазы на ЭЛТ.

Он использует две довольно устаревшие, но все же полезные бюджетные единицы оборудования и простой интерфейс между ними. Первый элемент — это фазовый измеритель усиления HP 3575A, который вы сможете приобрести за пару сотен долларов. Он имеет два идентичных канала, которые работают от 1 Гц до 13 МГц с динамическим диапазоном примерно +/- 50 дБ дБ (от 200 мкВ до 20 В среднеквадратичного динамического диапазона на каждый канал), и может непрерывно измерять фазу в диапазоне чуть более 360 градусов. Он имеет цифровое считывание на передней панели с разрешением 0,1 дБ и 0,1 градуса, а выходы постоянного тока доступны снаружи сзади. Это мое измерение «передний конец».

Другое оборудование примерно того же поколения — это анализатор спектра HP модели 3580A, который работает от нуля до 50 кГц и имеет выходной сигнал следящего генератора. Вы можете выбрать один из них, возможно, за пятьсот долларов, если вам повезет. Он имеет одно цифровое запоминающее устройство, поэтому вы можете сохранять одну форму сигнала, одновременно измеряя другую для прямого сравнения. Также способен управлять древним ручным плоттером с сервоприводом, хотя я не использую эту функцию.

В любом случае, выход следящего генератора (среднеквадратичное значение 2 В) будет источником развертки для всего, что вы тестируете. Теперь проблема в том, что измеритель усиления / фазы выдает постоянное напряжение, и анализатор спектра ожидает увидеть сигнал переменного тока с той частотой, с которой он движется.

Это можно преодолеть с помощью аналогового множителя. Один вход множителя управляется от генератора отслеживания. Другой вход множителя с напряжением постоянного тока от измерителя усиления / фазы после небольшого масштабирования. Выход умножителя поступает на вход анализатора спектра.

Значения постоянного тока от измерителя усиления / фазы контролируют амплитуду ВЧ, выходящую из умножителя, и, следовательно, амплитуду, отображаемую на анализаторе спектра, когда он измеряет частоту.

При установке для линейного вертикального масштаба (не дБ) анализатор спектра будет отображать либо усиление в зависимости от частоты (в дБ), либо фазу в зависимости от частоты в виде вертикального отклонения над базовой линией. Преобразование дБ в напряжение выполняется в измерителе усиления / фазы, анализатор спектра работает в прямолинейном режиме.

Частота должна быть измерена дважды с одним следом, сохраненным в памяти. Затем вы снова нажимаете один раз, и на экране появляется другой сигнал, и вы можете одновременно видеть усиление и фазу.

Единственным реальным ограничением является то, что шкала частот является линейной, а не логарифмической, но если вас действительно интересует, возможно, только одно конкретное десятилетие, к этому вы можете быстро привыкнуть. Сначала сделайте действительно широкую полосовую развертку, затем сделайте еще одну развертку по части, представляющей наибольший интерес, чтобы расширить ее.

Для более высокого разрешения показаний фазы, частоты и полей усиления, HP3580A допускает ручную настройку частоты, так что вы просто настраиваете усиление 0 дБ и считываете фазу с фазового измерителя с разрешением 0,1 градуса. Затем вы можете вручную настроиться на фазу -180 градусов и считывать запас усиления с цифрового дисплея с разрешением 0,1 дБ, цифровое считывание частоты — с разрешением 1 Гц.

След на ЭЛТ небольшой, но он дает очень хорошее представление об общей форме, обычно 10 дБ на деление и 45 градусов на деление по вертикали. И цифровые показания дают все разрешение, которое вы могли бы пожелать в любой конкретной точке интереса на кривых.

Это настоящая бюджетная система и немного Микки Мауса, но это очень полезный инструмент, который позволяет мне делать то, чего я никогда не делал раньше. И было довольно просто собрать все это вместе.

Два входных канала на измерителе усиления / фазы 3575A позволяют проводить измерения с переключением источников питания в замкнутом контуре, а низкочастотный трансформатор тока 1000: 1 делает недорогой инжекционный трансформатор из следящего генератора.

Я попробовал несколько разных трансформаторов тока, прежде чем нашел тот, который выглядел по-настоящему плоским, с падением всего лишь на 50% при частоте 50 кГц.

Работа с функциями анализа

Раздел — Проектирование схем в Multisim

В этом упражнении пользователи продолжат изучение полосового фильтра с помощью функций анализа. На основе функций анализа переменного тока, переходных процессов, Фурье и Монте Карло пользователи научатся работать с настройками функций и плоттера.

1) Загрузите схему 40kFilter3.ms9. На заметку, что на выходе фильтра добавлено нагрузочное сопротивление
   (Rload). Это необходимо для проведения анализа потребляемой мощности.
2) Запустите эмуляцию, чтобы получить графики Боде и временной зависимости. Откройте панель инстру-
   ментов двойным щелчком по иконкам графика Боде (Bode plotter) и Осциллографа (Oscilloscope). Запусти-
   те эмуляцию, нажав на кнопку с молнией или кнопку F5. Остановите эмуляцию после отображения графи-
   ка Боде. Закройте панели инструментов кнопкой Закрыть (Close) на каждой из них. На заметку: также мож-
   но открывать и закрывать панели инструментов двойным щелчком по соответствующей иконке.
3) Откройте настройки функции анализа переменного тока: Эмуляция/Анализ/Анализ переменного тока
   (Simulate/Analyses/AC Analysis). 
      a) На закладке Результаты (Output) удалите все переменные из колонки "Выбранные переменные" (Selected
         variables) таблицы анализа в правой части диалогового окна. Для этого выберите все переменные в колон-
         ке и нажмите Удалить (Remove).
      b) Выберите выходную переменную $ и нажмите Добавить (Add).
      c) Точка тестирования (test point) перейдет в правую часть, под "Выбранные для анализа переменные".
4) Проверьте выходные параметры и эмуляцию.
5) Нажмите Эмулировать (Simulate). 
   Откроется плоттер с несколькими закладками. Последние три будут: осциллограф, плоттер Боде, анализ
   переменного тока. Сравните графики плоттера Боде и анализа переменного тока.
6) Следующие шаги позволят вам настроить свойства графика функции анализа переменного тока. Это об-
   щие методы настройки любого графика.
7) Левым щелчком на графике Амплитуда (Magnitude) (верхний график) сделайте его активным.
   Активный график выделен небольшой стрелкой в левой части окна.
       a) Кликните правой кнопкой на левой оси, чтобы открыть свойства графика (Graph Properties).
          I) Выберите закладку Левая ось (Left Axis).
          II) Введите следующие параметры на этой закладке:
          III)В разделе Масштаб (Scale) выберите децибелы (Decibels).
          IV) В диалоге Метки (Label) наберите Gain (dB) (или Усиление, дБ).
          V) В разделе Ось (Axis) выберите Включена (Enabled) и Толщина линии  (Pen Size) 1.
          VI) В разделе Диапазон (Range) установите нижний предел  50, а верхний 10.


 

           VII) В разделе Сетка (Divisions) установите: Всего линий (Total Ticks) 4, Вспомогательных линий
           (Minor Ticks) 2, Точность (Precision) 3.
           VIII)Нажмите кнопку Применить (Apply).
      b) Перейдите на закладку Нижняя ось (Bottom Axis).
           I) Выберите Логарифмический масштаб (Logarithmic Scale). Установите Диапазон частот
           (Frequency Range) от 1000 до 1000000.
           II) Нажмите Применить (Apply) и ОК.
8) Задайте параметры нижнего (фазового) графика, показанные на рисунке ниже. На закладке Нижняя ось
установите диапазон от 1000 до 1000000.


 

После этого сравните графики Боде и Анализа переменного тока, наложив амплитудные зависимости.
9) Выберите амплитудный график Боде щелчком мыши.
      a) Выберите Наложить зависимости (Overlay Traces) из меню Инструменты (Tools).
      b) Выберите Graph_1 Анализа переменного тока (AC Analysis), этот график должен быть вторым снизу.
Откроется новая страница плоттера с двумя наложенными зависимостями.
Можно увеличить масштаб, чтобы проанализировать область, в которой есть оба графика. Прижмите левую
кнопку мыши и выделите интересующую область вблизи максимума зависимости.


 

На заметку, что результаты несколько отличаются. Это объясняется разной частотой оцифровки двух методов.
Частоту оцифровки можно изменить при настройке функции анализа.
10) Изучите возможность проведения точных измерений с помощью плоттера.
      a) Откройте закладку график Боде (Bode Plot) в плоттере.
      b) Включите курсоры с помощью пункта Показать/Скрыть курсоры (Show/Hide Cursors) меню Вид
      (View).
      c) Выберите один курсор и вызовите его контекстное меню.
      d) Выберите Перейти к следующему максимуму (Go to next Y_MAX), чтобы найти пик.
      e) Выберите пункт Установить значение Y (Set Y_Value) и введите значение на 3 меньше максимума.
         Так вы перейдете в точку  3 дБ.
      f) Посмотрите результирующее значение в числовом окне.
11) Выполните анализ переходных процессов (Transient Analysis): Эмуляция/Анализ/Анализ переходных про-
    цессов (Simulate/Analyses/Transient Analysis). 
      a) Установите параметры анализа, как показано ниже. На заметку: диалоговое окно можно увеличить,
         нажав кнопку Больше (More).


 

      b) Откройте закладку Результаты (Output).
      c) Выберите узлы $input и $output в качестве Выбранных переменных для анализа (Selected Variables for
         Analysis).
      d) Нажмите кнопку Эмулировать. Сравните графики с Осциллографом.
         Теперь мы настроим анализ Фурье. 
12) Откройте панель инструментов генератора сигналов и задайте прямоугольные импульсы (square wave).
      a) Откройте Эмуляция/Анализ/Фурье Анализ (Simulate/Analyses/Fourier Analysis).
      b) Нажмите обе кнопки Оценить (Estimate), чтобы автоматически подобрать параметры оцифровки и
         анализа переходных процессов.
      c) Откройте закладку результатов.
      d) В качестве Выбранных для анализа переменных выберите узлы $input и $output.
      e) Нажмите Эмулировать (Simulate).

Файлы проекта можно скачать здесь:

Лабораторная работа N 3. Фильтры — КиберПедия

Исследование пассивного фильтра нижних частот (ФНЧ)

 

Подготовка к выполнению работы

 

Схема пассивного RC-фильтра нижних частот первого порядка показана на рисунке 2.3.

 

 

Вариант С, нФ R1, кОм R2, кОм
0,5
0,2
0,4
0,2
0,3
0,5
0,2
0,3
0,2
0,1
0,05
0,2
0,3

Для всех схем в лабораторной работе значения С и R задаются преподавателем в соответствии с номером варианта.

Коэффициент передачи фильтра определяется по формуле:

К(w) = ,

где частота среза w0 = 1/RC = 2 π f

 

Порядок выполнения работы

 

1.1 Собрать схему в программе WorkBench, как показано на рисунке 2.4. К выходу и входу подключить Бодэ-плоттер и осциллограф (использовать 2 канала осциллографа: А и В). На вход подать сигнал от функционального генератора. Сопротивление резистора установить равным R1.

 

 

Рисунок 2.4 – Схема для исследования ФНЧ

 

С многофункционального генератора подать прямоугольные импульсы амплитудой 10 В, скважность – 0,5 (меандр). Частота импульсов – 1 кГц.

1.2 Включить работу схемы клавишей «Пуск». Открыть окно Бодэ-плоттера. Установить линейный (а не логарифмический) масштаб по осям f и К (lin).

Замечание: пределы коэффициента передачи (масштаб Vertical) установить от 0 до 1, пределы частоты (Horizontal) – ориентировочно от 1 mHz до 100 kHz. Для измерения АЧХ установить режим Magnitude, для измерения ФЧХ – Phase и пределы фазы – от -900 до 0.

1.3 Зарисовать АЧХ и ФЧХ в линейном масштабе, (при этом, кроме Боде-плоттера удобно использовать инструмент Display Graphs на панели инструментов).

1.4 По полученной АЧХ определить частоту среза фильтра. При этом удобно пользоваться вертикальной линейкой указателя в окне Боде-плоттера.

1.5 Установить логарифмический масштаб по осям f и К (log).

1.6 Зарисовать АЧХ в логарифмическом масштабе.

1.7 По полученной с помощью Боде-плоттера АЧХ в логарифмическом масштабе определить частоту среза фильтра.

1.8 Рассчитать теоретическое значение частоты среза w0 по формуле. Сравнить полученные значения.

1,9 При помощи осциллографа наблюдать входной и выходной сигнал, используя 2 канала осциллографа. Зарисовать временные диаграммы при сопротивлениях резистора, равных. R1 и R2.

 

Замечание: масштаб усиления в каналах А и В установить примерно 10 V/div (т, е. 10 Вольт в 1 делении), масштаб развёртки – примерно 0.20 ms/div, т. е. 0,2 мс в 1 делении.



 

Исследование пассивного фильтра верхних частот (ФВЧ)

 

Подготовка к выполнению работы

 

Схема пассивного RC-фильтра верхних частот 1 порядка показана на рисунке 2.5.

 

 

Коэффициент передачи фильтра определяется по формуле:

К(w) = где частота среза w0 = 1/RC = 2 π f

Схема ФВЧ исследуется в работе совершенно аналогично 1-й части — ФНЧ.

 

Порядок выполнения работы

 

2.1. – 2.9. Выполнить совершенно аналогично пунктам 1.2. – 1.9. Единственное отличие – поменять в схеме R и C местами, пределы измерения фазы – от 0 до +900.

Исследование полосового фильтра (ПФ)

 

Подготовка к выполнению работы

 

Схема ПФ в виде моста Вина показана на рисунке 2.6.

 

Максимальный коэффициент передачи такого фильтра определяется по формуле:

К0 =

где w0 = 1/RC = 2πf – частота, на которой коэффициент передачи максимален.

В данном случае К0= 1/3, т. к. R1= R2= R, C1= C2= C),

 

Порядок выполнения работы

 

3.1 Собрать схему моста Вина в программе WorkBench, (аналогично предыдущим, подключив функциональный генератор и Боде-плоттер).

При снятии АЧХ при помощи Боде-плоттера режим работы функционального генератора не учитывается, поэтому в данной части работы генератор можно установить в любой режим (но подключить его нужно обязательно).

3.2 Включить работу схемы клавишей «Пуск». Открыть окно Бодэ-плоттера. Установить линейный масштаб по осям f и К

3.3 Зарисовать АЧХ и ФЧХ в линейном масштабе.

3.4 По полученной АЧХ определить частоту w0 максимального коэффициента передачи фильтра.

3.5 Рассчитать теоретическое значение частоты w0 по формуле. Сравнить полученные значения.

 

Содержание отчёта

 

Для ФНЧ и ФВЧ в отчёте должны быть представлены:

— схема и номиналы элементов;

— графики АЧХ в линейном и логарифмическом масштабах. На графиках должны быть показаны частоты среза w0;

— график ФЧХ, на котором должны быть показана частота среза w0;

— расчёт теоретического значения частоты среза w0;

— временные диаграммы входного и выходного сигналов для двух значений параметров R и C.

 

Для полосового фильтра должны быть представлены:

— схема и номиналы элементов;

— графики АЧХ и ФЧХ в линейном масштабе с отмеченным значением w0.



— расчёт теоретического значения частоты w0;

 

Контрольные вопросы

 

Определение, классификация электрических фильтров.

Схемы и расчётные формулы для ФВЧ, ФНЧ, ПФ, РФ 1-го порядка.

Вид графиков АЧХ и ФЧХ. Порядок фильтра.

Виртуальные инструменты анализатора спектра

/ плоттера Боде / анализатора импеданса для ADALM1000 в ALICE 1.3 [Analog Devices Wiki]

Цель:

Этот документ служит разделом «Анализатор спектра / плоттер Боде / анализатор импеданса» в Руководстве пользователя в интерфейсе программного обеспечения ALICE 1.3 Desktop, написанном для использования с оборудованием активного учебного комплекта ADALM1000.

Анализатор спектра / плоттер Боде / анализатор импеданса:

Настройка окна анализатора спектра:

При нажатии кнопки окна спектра в главном окне ALICE должно появиться окно отображения спектра, как показано на рисунке 1.Он разделен на 2 раздела.

Рисунок 1, окно анализатора спектра ALICE Desktop

В следующих разделах описаны функции различных кнопок меню. Большинство настроек управления находится под кнопками.

Раскрывающееся меню файла

Сохранить конфигурацию Загрузить конфигурацию, команды для сохранения и загрузки параметров конфигурации (файл .cfg).

Сохранить экран, команда для сохранения области графического отображения в инкапсулированный файл postscript (.eps)

Сохранить данные, команда для сохранения захваченных данных об амплитуде и частоте каналов A и B в файл значений, разделенных запятыми (.csv). Данные об амплитуде могут быть сохранены как амплитуда в Vrms (тип a 0) или в дБВ (тип a 1).

Раскрывающееся меню опций

Сглаживание — вариант включения сглаживания, когда сплайновые кривые используются для соединения частотных точек БПФ, а не прямых линий по умолчанию.

Cut-DC, опция, которая удаляет компонент постоянного тока из записи дискретизированных данных.Он поэлементно вычитает среднее значение выборочной записи.

Сохранение трассировки, никаких пояснений не требуется, с ней можно сохранить опорную трассу.

Кнопка для выбора количества вертикальных делений на сетке. С помощью кнопки Zero Stuff вы можете ввести желаемый коэффициент Zero Stuff (степень 2).

Бег, Стоп

Кнопки запуска и остановки развертки.

Раскрывающееся меню режима

В нормальном режиме график постоянно обновляется.

В режиме удержания пика запоминается пиковое или максимальное значение для каждого частотного бина. Для каждой развертки, если новое значение выше, то новая точка данных кривой сохраняется и отображается.

В режиме усреднения значения трассировки усредняются. Это сглаживает случайность минимального уровня шума.

В режиме Single Shot при каждом нажатии кнопки Run выполняется одиночный проход.

Выпадающее меню окна БПФ

Используется для выбора функции окна БПФ.Как правило, лучше не выбирать «Прямоугольное окно» или нет. Это окно имеет плохой динамический диапазон из-за высоких боковых полос, которые генерируются без весовой функции при вычислении БПФ. Окно с плоской вершиной дает наивысшую точность амплитуды, но также имеет большую полосу пропускания, что снижает избирательность.

Образцы +/- кнопки

Используется для изменения количества выборок при вычислении БПФ. Это число должно быть степенью 2. Чем больше выборок, тем выше разрешение по частоте, но с меньшей частотой обновления экрана.Меньшее количество отсчетов обеспечивает более низкое частотное разрешение, но более высокую скорость обновления экрана.

Раскрывающееся меню кривых

Кнопка Curves позволяет выбрать, какие формы сигнала будут отображаться. Кнопка «Все» выбирает все четыре кривые для отображения, а кнопка «Нет» очищает все четыре кривые. Параметр «Маркер» включает текстовый маркер, который отображает амплитуду и частоту на пике отображаемого сигнала. Опции для отображения разности (вычитания) кривых CA-dBV — CB-dBV или CB-dBV — CA-dBV.Также можно выбрать, какие из возможных сохраненных опорных кривых, если они сохранены с помощью опции «Сохранить трассировку», будут отображаться. Цвет кривых CA-dBV и CB-dBV станет красным, если входной сигнал выходит за пределы диапазона аналогового входного сигнала от 0 до +5 В .

В раскрывающемся меню «Кривые» находятся селекторы для отображения курсора F (частота) и курсора дБ и (амплитуда). Если этот параметр выбран, если щелкнуть правой кнопкой мыши в любом месте сетки отображения, в этом месте будет нарисована вертикальная или горизонтальная линия курсора или и то, и другое.Будут отображаться значения по вертикали, горизонтали или оба значения для этой точки. Прокрутка колесом мыши будет перемещать вертикальную линию влево-вправо, если выбран только курсор F, и горизонтальную линию вверх-вниз, когда выбран только курсор дБ . Когда оба выбраны, колесо мыши перемещает вертикальную линию влево-вправо.

Здесь нет полос прокрутки или вращающихся ручек. Колесико мыши обычно прокручивает значения при наведении курсора на ползунки и виджеты числового ввода.

Startfreq и Stopfreq

Используется для установки начальной и конечной частоты дисплея.

Селектор Lin F и Log F

Выберите линейную или логарифмическую шкалу горизонтальной оси частот.

Центральная фаза оси

Угол для центра оси фаз можно установить с помощью этого виджета ввода.

дБ / дел +/- кнопки

Используется для установки дБ на деление. Может быть 1, 2, 3, 5, 10, 15 или 20 дБ / дел.

LVL +/- кнопки

Используется для установки верхней линии уровня сетки или эталонным.Иногда называют «чувствительностью». 0 дБ соответствует входной амплитуде 1 В (среднеквадратичное значение) .

Плоттер Боде:

Настройка окна построения графика Боде:

При нажатии кнопки окна графика Боде в главном окне ALICE должно появиться окно отображения графика Боде, как показано на рисунке 2. Оно разделено на 2 части.

Рисунок 2, окно графика ALICE Desktop Bode

Выпадающее меню окна БПФ

Используется для выбора функции окна БПФ.Как правило, лучше не выбирать «Прямоугольное окно» или нет. Это окно имеет плохой динамический диапазон из-за высоких боковых полос, которые генерируются без весовой функции при вычислении БПФ. Функция окна Nuttall установлена ​​по умолчанию и, как правило, является лучшим вариантом. Окно Flat Top дает наилучшую точность амплитуды, но может давать странные результаты по фазе на некоторых частотных шагах.

Раскрывающееся меню кривых

Кнопка Curves позволяет выбрать, какие формы сигнала будут отображаться.Кнопка «Все» выбирает все четыре кривые для отображения, а кнопка «Нет» очищает все четыре кривые. Параметр «Маркер» включает текстовый маркер, который отображает амплитуду и частоту на пике отображаемого сигнала. Опции для отображения разности (вычитания) кривых CA-dBV — CB-dBV или CB-dBV — CA-dBV. Также можно выбрать, какие из возможных сохраненных опорных кривых, если они сохранены с помощью опции «Сохранить трассировку», будут отображаться.

Рис. 3. Выпадающие кривые графика Боде.

Цвет кривых CA-dBV и CB-dBV станет красным, если входной сигнал выходит за пределы диапазона аналогового входного сигнала от 0 до +5 В .

В раскрывающемся меню «Кривые» находятся селекторы для отображения курсора F (частота) и курсора дБ и (амплитуда). Если этот параметр выбран, если щелкнуть правой кнопкой мыши в любом месте сетки отображения, в этом месте будет нарисована вертикальная или горизонтальная линия курсора или и то, и другое. Будут отображаться значения по вертикали, горизонтали или оба значения для этой точки. Прокрутка колесом мыши будет перемещать вертикальную линию влево-вправо, если выбран только курсор F, и горизонтальную линию вверх-вниз, когда выбран только курсор дБ .Когда оба выбраны, колесо мыши перемещает вертикальную линию влево-вправо.

Рис. 4. Раскрывающиеся курсоры на графике Боде

Селектор Lin F и Log F

Выберите линейную или логарифмическую шкалу горизонтальной оси частот. Это также определяет, как разнесены шаги частоты, линейно или логарифмически.

дБ / дел +/- кнопки

Используется для установки дБ на дБ на деление. Может быть 1, 2, 3, 5, 10, 15 или 20 дБ / дел.

LVL +/- кнопки

Используется для установки верхней линии уровня сетки или эталонным. Иногда называют «чувствительностью». 0 дБ соответствует входной амплитуде 1 В (среднеквадратичное значение) .

Центральная фаза оси

Угол для центра оси фаз можно установить с помощью этого виджета ввода.

Ось центрального импеданса

Центральное значение для оси импеданса можно установить с помощью этого виджета ввода.

Генератор развертки

В разделе Sweep Gen находятся элементы управления для генерации развертки частоты источников аналогового вывода. Экран обновляется после каждого шага частоты. Во-первых, это радиокнопки, позволяющие выбрать выходной канал AWG, или ни один не будет развернут. При использовании плоттера Боде выбранный AWG будет принудительно переведен в режим SVMI с синусоидальной формой. Используйте окно управления AWG, чтобы установить амплитуду источника. Другой канал будет принудительно переведен в режим Hi-Z. Выбранный выход будет качаться от начальной частоты до конечной частоты.Количество шагов можно установить с помощью записи Sweep Steps.

Амплитуда качающегося источника обычно поддерживается постоянной по частоте, но в некоторых особых случаях может быть желательно изменять амплитуду источника на каждом шаге частоты. При установке флажка «Очистить из файла» пользователю будет предложено ввести файл .csv. Файл csv должен содержать два столбца значений по одной строке для каждой комбинации амплитуды частоты для развертки. Первый столбец должен содержать монотонно увеличивающийся список шагов частоты в Гц.Второй столбец должен содержать соответствующее значение амплитуды в дБ . Пуск, остановка и количество шагов будут заполнены в зависимости от содержимого файла. После чтения файла csv программа отобразит наивысшее (максимальное) найденное значение амплитуды и попросит пользователя ввести желаемый максимум, к которому следует нормализовать значения. Это сделано потому, что ADALM1000 имеет верхний предел диапазона выходных амплитуд (около +4,5 дБВ). Также может быть полезно масштабировать значения амплитуды вверх или вниз для оптимизации динамического диапазона развернутого сигнала.

Наконец, есть селектор с переключателем для одиночной или непрерывной развертки. Развертка частоты запускается или перезапускается с начала при каждом нажатии кнопки Run.

Полярные и прямоугольные участки Боде

Стандартный график Боде для параллельной цепи LC-резервуара показан на рисунке 5, где относительное усиление или кривая CB-dBV — CA-dBV и относительная кривая фазы B-A нанесены на ось логарифмической частоты.

Рисунок 5, График усиления Боде, фазовый логарифм.

Также возможно построить график относительного усиления и измерения относительной фазы на полярной оси по мере изменения частоты.На рисунке 6 показана кривая усиления CB-dBV — CA-dBV как функция относительного фазового угла.

Рисунок 6, Полярный график Боде

Также возможно отобразить относительное усиление и измерение относительной фазы на прямоугольной оси по мере изменения частоты. На рисунке 7 изображена кривая усиления CB-dBV — CA-dBV (по вертикали) как функция относительного фазового угла (по горизонтали).

Рисунок 7, Прямоугольный график Боде

Примеры спектра:

В следующем примере показан метод, в котором инструмент анализатора спектра ALICE можно использовать для измерения амплитуды в зависимости от частотной характеристики двух простых конфигураций RLC.Как показано на рисунке E1, первая слева — это параллельная конфигурация с полосой пропускания LC, а вторая справа — конфигурация с последовательной полосой пропускания LC. Зеленые прямоугольники обозначают подключения к ALM1000. Канал A настроен на вывод управляющей функции сети. Канал B настроен как вход для измерения отклика, наблюдаемого в сети LC. В этом примере R 1 составляет 1 кОм, L 1 составляет 6,5 мГн, а C 1 составляет либо 0,47 мкФ, либо 1,0 мкФ.

В линейной системе частотная характеристика может быть получена путем изменения синусоидальных входных сигналов в диапазоне частот.Затем эту серию синусоидальных сигналов на разных частотах можно использовать для вычисления частотной характеристики. Хотя настольный плоттер Боде ALICE включает в себя функцию генератора развертки, развертка с множеством частотных точек с использованием больших размеров выборки БПФ может занять много секунд или даже минут, чтобы обновить график. Однако анализ БПФ можно использовать для получения передаточной функции сети по ее импульсной характеристике. Мы можем генерировать тестовый сигнал с широким частотным диапазоном, очень узким прямоугольным импульсом, который будет создавать график из одной записи выборки с гораздо более высокой скоростью обновления.

Использование БПФ для получения импульсной передаточной функции системы не является слишком сложным, и на самом деле метод импульсной характеристики дает лучшие результаты по фазе, чем синусоидальная развертка.

В сети должен быть вход, который вы можете наблюдать и записывать. Должен быть выход из сети, который вы можете наблюдать и записывать. Входные и выходные данные должны быть доступны для считывания в программу анализа, такую ​​как ALICE Desktop, которая может выполнять быстрое преобразование Фурье как входных, так и выходных записей данных.Основная концепция линейного анализа состоит в том, что единичный импульсный отклик сети и передаточная функция сети представляют собой пару преобразования Лапласа, или, иначе говоря, передаточная функция — это преобразование Лапласа единичного импульсного отклика. Подразумевается, что мы можем получить передаточную функцию, получив преобразование Лапласа единичной импульсной характеристики.

Практическая реализация.

Если мы установим количество выборок БПФ равным 8192, общее время выборки будет 81.92 мсек, что соответствует одному циклу при 12,2 Гц. Если установить функциональный генератор канала А на прямоугольную волну 12,2 Гц с очень узким рабочим циклом шириной всего 4–6 отсчетов, полученный тестовый сигнал будет содержать частотный контент каждые 12,2 Гц с почти равной амплитудой на высоких частотах. При 12 Гц каждый период выборки 10 мкс составляет примерно 0,012% рабочего цикла. Мы можем установить рабочий цикл от 0,012% до 0,08% и получить аналогичные результаты. Единственная разница в том, насколько быстро падает уровень сигнала с увеличением частоты.Для данной амплитуды импульса, чем уже импульс, тем меньше энергии на каждой разнесенной частоте 12,2 Гц, но тем более пологим по отношению к частоте они будут. Чем шире импульс, тем больше энергия сигнала, но тем быстрее спад частоты. 0,08% дает приемлемый спад частоты до 10 кГц.

Подробные настройки для канала A следующие: Форма
— Квадратный режим
— SVMI
VMIN = 1,3
VMAX = 3,7 (амплитуда импульса установлена ​​для обеспечения некоторого запаса для перерегулирования и вызывного сигнала)
Freq = 12.2
Phase = 180 (фаза установлена ​​на 180 градусов для центрирования импульса в записи временной выборки)
DutyCycle = 0,08 (может быть уменьшена до 0,012% для более плоской энергии входного сигнала)

Канал B установлен в режиме Hi-Z в качестве входа.

Другие настройки:
Окно БПФ — плоская вершина (имеет широкую полосу БПФ, которая превышает 12 Гц)
выборок БПФ = 8192
Начальная частота = 100 (установлено значение, отличное от 0, чтобы игнорировать содержимое постоянного тока)
Конечная частота = 10000
ZeroStuffing = 0 (можно отрегулировать, но обычно мало влияет на результирующий график)

Ниже на рисунке E2 показан снимок экрана для конфигурации RLC с полосой пропускания, показанной на рисунке E11.Зеленая кривая для канала A — это реакция функции форсирования узких импульсов. Светло-оранжевые и темно-оранжевые кривые — это выходные характеристики, наблюдаемые каналом B для C1 = 0,47 мкФ и 1,0 мкФ соответственно. Светлые и темные пурпурные кривые представляют собой вычитание кривой канала A (в дБВ) и кривой канала B (в дБВ). Как мы знаем, вычитание в дБ (логарифмы) совпадает с делением по величине. Пурпурные трассы — это фактическая передаточная функция от входа к выходу сети RLC. Желтая кривая — фазовая характеристика.

Рисунок E2, Полосовой отклик

Аналогичным образом на рисунке E3 показан снимок экрана для конфигурации RLC с ограничителем полосы пропускания, показанной на рисунке E11.

Рисунок E3 Реакция ограничителя полосы пропускания

Для дальнейшего чтения:

https://en.wikipedia.org/wiki/Fast_Fourier_transform
http://www.analog.com/media/en/training-seminars/design-handbooks/MixedSignal_Sect5.pdf
https://en.wikipedia.org/ wiki / Window_function
https: // en.wikipedia.org/wiki/Spectral_leakage
http://docs.scipy.org/doc/numpy/reference/generated/numpy.fft.fft.html

Анализатор импеданса / измеритель LCR

Фон:

Основная концепция, которая используется для выполнения измерений усиления / фазы, импеданса и RLC с помощью ALICE Desktop, показана на рисунке 23. Канал A ALM1000 используется для подачи синусоидальной волны известной частоты на VA и измерения формы приложенного напряжения. Канал B используется для измерения формы волны напряжения в тестируемой сети.БПФ вычисляются для двух сигналов, которые предоставляют информацию об амплитуде и фазе на применяемой частоте. Из них получаются относительное усиление (амплитуда CHB / амплитуда CHA) и относительная фаза (фаза CHB — фаза CHA). Кроме того, эти значения можно использовать для расчета полного сопротивления (RLC) сети, выделенного пунктирной рамкой.

Резистор R EXT имеет известное значение. Для измерений диапазона звуковых частот, возможных с помощью оборудования ALM1000, его можно отрегулировать по мере необходимости в зависимости от величины тестируемого импеданса.Полное сопротивление в диапазоне примерно от 0,1 до 10 раз R EXT может быть точно измерено. R EXT может иметь диапазон от 50 Ом до 50 кОм.

Неизвестный импеданс, который необходимо измерить, моделируется как последовательная цепь, состоящая из неизвестного последовательного сопротивления R X и неизвестного последовательного реактивного сопротивления jX X . Величина импеданса Z X .

Измеряются три напряжения:
1. VA — приложенное напряжение (от канала A ALM1000).
2. VZ — это напряжение на неизвестном импедансе (от канала B ALM1000).
3. VI, напряжение на известном резисторе R EXT вычисляется из VA и VZ и связано с током как в R EXT , так и с неизвестным импедансом.

Эти три напряжения на самом деле являются векторами и показаны на рисунке 24.

Рисунок 17: Векторная диаграмма

Используя закон косинусов и обращаясь к рисунку 23, величина VI может быть рассчитана как:

Угол Φ — это измеренная относительная фаза между каналом B и каналом A.Закон косинусов используется для вычисления косинуса угла.

Величину полного сопротивления (включая R EXT ) можно рассчитать как:

Обратите внимание на рисунок 1, что сумму R EXT и R X можно найти следующим образом:

Таким образом, мы можем решить для R X следующим образом:

Принимая во внимание возможные ошибки измерения, возможно, что R X может быть отрицательным значением, что маловероятно.В этом случае нужно обнулить R X . Импеданс чисто реактивный.

Величину неизвестного импеданса можно рассчитать как:

Величину неизвестного реактивного сопротивления можно рассчитать как:

Опять же, принимая во внимание возможные ошибки измерения, возможно, что квадратный корень из отрицательного числа. Если это произойдет, то X X следует установить в ноль.

Как только у нас есть значение для X X , мы можем вычислить либо последовательную емкость (когда X X отрицательное значение = X C ), либо последовательную индуктивность (когда X X положительное значение = X L ).

Проведение измерений:

Подключения к ALM1000 и измеряемой сети показаны на рисунке 18. В этом случае мы показываем простые последовательно соединенные резистор и конденсатор. R EXT — 1000 Ом, последовательный резистор R S — 100 Ом, а конденсатор C S — 1 мкФ. Выход генератора AWG канала A всегда должен быть настроен на режим напряжения источника (SVMI) и должен иметь синусоидальную форму. Пользователь может управлять амплитудой выходного напряжения и смещением с помощью слотов ввода Min и Max, как при использовании дисплеев осциллографа и анализатора спектра.Хорошим местом для начала является установка Min на 1,086 и Max на 3,914, что дает амплитуду 1 Vrms с центром на 2,5 V DC. Аналоговый вход канала B устанавливается в режим Hi-Z при использовании анализатора импеданса и всегда рассматривается как вход.

Рисунок 18, Схема измерения

Текущее программное обеспечение низкого уровня ALM1000 выводит сигналы только в виде одиночных пакетов, когда аналоговый выходной сигнал дискретизируется. Флажок Sync AWG необходимо установить, если вы используете выход функционального генератора ALM1000 в качестве источника сигнала.Если вы используете внешний источник сигнала, а не канал А, флажок не ставить. Это сохранит оба канала A и B в режиме измерения напряжения с высоким импедансом во время сбора данных.

Настройка окна:

Должно появиться главное окно анализатора импеданса, как на рисунке 19. Оно разделено на 2 части.

Рисунок 19, окно анализатора импеданса ALICE

Бег, Стоп

Кнопки запуска и остановки для непрерывного снятия показаний.

Образцы +/- кнопки

Используется для изменения количества выборок при вычислении БПФ. Это число должно быть степенью 2. Больше выборок означает более длительную выборку, что важно при использовании низких тестовых частот. Он также обеспечивает более высокое разрешение по частоте, но более медленную скорость обновления экрана. Меньшее количество отсчетов обеспечивает более низкое частотное разрешение, но более высокую скорость обновления экрана. Увеличение коэффициента заполнения нулями может улучшить разрешение по частоте.Программа запускает набор до 16 384 сэмплов.

Выпадающее меню окна БПФ

Используется для выбора окна БПФ. Как правило, лучше не выбирать «Прямоугольное окно» или нет. Это окно имеет плохой динамический диапазон из-за высоких боковых полос, которые генерируются без весовой функции при вычислении БПФ. Окно с плоской вершиной дает наивысшую точность амплитуды, но также имеет большую полосу пропускания, что снижает избирательность. Использование окна БПФ с самой узкой полосой пропускания и увеличение коэффициента заполнения нулями может улучшить результаты измерений.Программа запускается в окне Nuttall (BW = 2.02).

Раскрывающееся меню файла

Сохранить конфигурацию Кнопки загрузки конфигурации. Команды для сохранения и загрузки настроек конфигурации в файл. (файл .cfg)

Кнопки Save V -Cal, Load V -Cal. ALICE-VVM использует тот же файл калибровки, что и Voltmeter Tool. Чтобы загрузить сохраненные калибровочные коэффициенты, нажмите кнопку «Загрузить». Чтобы сохранить значения калибровки в файл для использования в будущем, нажмите кнопку «Сохранить».Значения сохраняются в файле с уникальным именем для этой конкретной платы ALM1000 на основе первых 9 символов серийного номера идентификатора устройства платы. Например, что-то вроде: 203131543_ V .cal.

Кнопка «Сохранить экран». Команда для сохранения области отображения графики в инкапсулированный файл postscript (.eps). Кнопка «Справка» открывает в веб-браузере этот документ на вики-сайте ADI .

Раскрывающееся меню опций

Cut-DC, опция, которая удаляет компонент постоянного тока из записи дискретизированных данных.Выборка за выборкой вычитает среднее значение записи выборки. Любое смещение постоянного тока в БПФ может привести к тому, что это будет пиковая амплитуда, что приведет к бессмысленным измерениям. Программа запускается с этим включенным. Это важно, учитывая диапазон аналогового входа от 0 до 5 В ALM1000 и присущее смещение постоянного тока 2,5 В .

Рисунок 20, раскрывающийся список параметров анализатора импеданса

Раздел справа содержит элементы управления для выполнения измерений.Есть место для ввода номинала внешнего резистора. Программа запускается с этим значением, равным 1000. Далее следует поле счетчика, чтобы установить количество Ом / дел для полярной (круговой) сетки.

Аналоговые входы M1K
Входные буферы на полевых транзисторах с малой емкостью ADALM1000
Адаптеры макетных плат M1K

Основная графическая область

В основной графической области отображаются результаты измерений. Величина и угол импеданса, а также действительная и мнимая части нанесены на полярную (круговую) сетку в Ом.Реальный компонент последовательного сопротивления показан зеленым цветом при фазе 0 градусов. Мнимая часть последовательного импеданса отображается красным цветом под углом +90 или -90 градусов в зависимости от знака. Положительный импеданс является индуктивным, а отрицательный — емкостным. Суммарная величина полного последовательного импеданса отображается оранжевым цветом под измеренным углом.

Слева от сетки отображается относительное усиление канала B по отношению к каналу A в дБ . Затем относительная фаза отображается в градусах.Затем отображается измеренная частота в Гц. Затем отображаются измеренные значения импеданса, угол, серия R и серия X. Наконец, отображается рассчитанная емкость (если серия X отрицательная) или индуктивность (если серия X положительная).

Чтобы преобразовать последовательные значения в эквивалентные параллельные значения, см. Раздел «Расчет параллельного импеданса» далее в этом документе.

Также отображается дополнительная информация о настройках.

Примеры анализатора импеданса:

Пример 1:

В качестве примера, чтобы показать частотно-зависимый импеданс последовательной LC-цепи, мы воспользуемся анализатором импеданса ALICE, чтобы исследовать комбинацию, показанную на рисунке E4, с L 1 , равным 6.5 мГн и C 1 равным 1 мкФ. Мы будем использовать 1000 Ом R EXT , чтобы соответствовать ожидаемому уровню импеданса цепи.

Рисунок E4 Тестирование последовательной LC-цепи

LC-цепь испытывается на трех различных частотах, первая из которых намного ниже резонансной частоты, где в импедансе преобладает конденсатор, показанный на рисунке E5.

Рисунок E5 Результаты измерений при низкой частоте, 500 Гц

Вторая намного выше резонансной частоты, где в импедансе преобладает индуктор, показанный на рисунке E6.

Рисунок E6 Результаты измерений при высокой частоте, 8500 Гц

Третий — на резонансной частоте, где отрицательный импеданс конденсатора почти компенсирует положительный импеданс катушки индуктивности, показанной на рисунке E7.

Рисунок E7 Результаты измерений при резонансной частоте 2191 Гц

В этих случаях измеренная серия R остается почти неизменной и составляет около 11 Ом.

Пример 2:

Мы можем использовать ALICE Desktop для измерения входной емкости канала B.Мы знаем, что входная емкость мала, поэтому нам нужно будет использовать большое значение для R EXT и проводить измерения на высокой частоте. На рисунке E8 мы показываем используемые соединения, которые просто предназначены для подключения CHA к CHB с помощью резистора 47 кОм.

Рисунок E8 Измерение входной емкости CH B

На снимке экрана анализатора импеданса ALICE, показанном на рисунке E9, мы видим, что Ext Res установлено на 47000, а тестовая частота установлена ​​на 19000 Гц. Расчетная емкость составляет 394 пФ , что хорошо согласуется с емкостью, указанной в документе для аналоговых входов ALM1000.

Рисунок E9, Результаты измерений входной емкости CH B

Если мы воспользуемся формулой из «Расчет параллельного импеданса» для преобразования ряда R в параллельное сопротивление, мы получим около 1 МОм. Это соответствует известному расчетному значению.

Чтобы измерить конденсаторы примерно того же значения, что и входная емкость, или даже меньше, было бы полезно обнулить эту паразитную паразитную емкость. Это можно сделать с помощью виджетов Gain Cor и Phase Cor Entry, чтобы ввести поправочные коэффициенты для усиления и смещения.Если мы введем 7,74 ( дБ, ) из измеренного усиления для записи Gain Cor и 65,35 (градусов) для записи Phase Cor, мы получим результат, показанный на рисунке E10.

Рисунок E10: усиление и фаза исправлены.

Теперь измеренная разность усиления составляет -0,02 дБ , а измеренная разность фаз составляет -0,13 градуса. Расчетная емкость составляет 1,0 пФ. Если мы теперь добавим керамический колпачок 39 пФ из комплекта аналоговых деталей, от входа канала B до земли, мы получим результаты, показанные на рисунке E11.

Рисунок E11, 39 pF cap добавлено к CHB.

Теперь рассчитанная емкость составляет 37 пФ , что можно ожидать от допуска конденсатора +/- 20%.

Расчет параллельного импеданса:

Метод, используемый в анализаторе импеданса ALICE, определяет последовательное сопротивление и реактивное сопротивление. Иногда требуется эквивалентное параллельное сопротивление сопротивления и реактивного сопротивления. Все, что требуется, это следующий математический ряд для параллельного преобразования.Идея состоит в том, чтобы связать реальную и мнимую проводимость параллельной сети с проводимостью последовательной сети. Числитель и знаменатель проводимости последовательной сети умножаются на комплексное сопряжение знаменателя, чтобы преобразовать результат в нормальную форму.

где R S и X S — последовательные значения, а R P и X P — параллельные значения.

Приравнивая действительную часть, мы получаем эквивалентное параллельное сопротивление, а приравнивая мнимую часть, мы получаем эквивалентное параллельное реактивное сопротивление:

Обратите внимание, что поскольку полярность X S была известна, полярность X P также известна и имеет тот же знак.

Полное сопротивление:

Анализатор импеданса может быть объединен с плоттером Боде для выполнения развертки сетевого импеданса. В этом примере мы используем ту же параллельную цепь резервуара LC с добавленным последовательным сопротивлением 50 Ом. Мы сделаем такую ​​же развертку от 100 Гц до 10 кГц, что и раньше. Примечание: для этого теста должны быть открыты и выбраны оба экрана: Боде и Импеданс.

Из выпадающих кривых графика Боде (рис. 14C) и кривой усиления CHB — CHA дБ, в разделе «Импеданс» выбираются Series Mag и Series Ang.

В раскрывающемся списке «Параметры анализатора импеданса» выбраны параметры «Включить развертку» и «Сохранить развертку». Внешнее испытательное сопротивление равно 1000 Ом, а значение Ом / дел установлено на 100. Когда выполняется свипирование, мы получаем следующие два графика в окне Боде, рисунок E12, и окно анализатора импеданса, рисунок E13.

Рисунок E12, Импеданс в зависимости от логарифмической развертки частоты

Цвета графика на рисунке E12 могут немного сбивать с толку. Пурпурная кривая соответствует относительному усилению дБ из предыдущего примера графика Боде (CB дБ, — CA дБ, ) и использует зеленую вертикальную шкалу дБ .Пурпурная и темно-зеленая кривые представляют собой величину импеданса в омах и фазу в градусах соответственно и используют вертикальную шкалу пурпурного ома и голубого угла соответственно.

Рисунок E13, Полярный график импеданса для развертки частоты

Частотный анализ:

Программа ALICE Desktop использует быстрое преобразование Фурье (БПФ) для создания частотного спектра набора временных отсчетов входных сигналов. БПФ принимает в качестве входных данных набор временных отсчетов с заданной частотой дискретизации и выдает набор частотных отсчетов или значений от постоянного тока (0 Гц) до половины частоты дискретизации.В случае ALM1000 частота дискретизации фиксирована на уровне 100 кГц, поэтому самая высокая частота будет составлять половину от этой частоты или 50 кГц. Количество отдельных элементов разрешения по частоте, создаваемых БПФ, составляет половину количества используемых временных отсчетов. Таким образом, ширина интервалов или частотное разрешение будет составлять 50 кГц, деленное на половину количества взятых временных отсчетов. Количество временных отсчетов может быть установлено в программе от 64 (2 6 ) до 65536 (2 16 ).

Что такое оконная функция БПФ?

В ALICE Desktop вы можете выбирать из ряда оконных функций БПФ.Но что такое окно БПФ и что оно делает? Принцип очень простой. Программа считывает несколько выборок из ALM1000 и помещает их в массив. Размер массива должен быть степенью 2 для вычисления БПФ, например 2048. Без весовой функции окна все выборки имеют равный вклад или вес в вычислении БПФ. Вы должны ожидать получения оптимального результата, но это не тот случай, если в массиве нет точного количества повторяющихся циклов. Другой способ мышления заключается в том, что начальное значение временного сигнала должно быть таким же, как конечное значение.Конец сигнала будет выровнен с началом, если его обернуть вокруг себя. На практике этого почти никогда не будет.

Функция управления окнами БПФ взвешивает выборки от начала массива до конца. С более высокими весами в центре и весами, близкими к нулю в начале и в конце. Выборки в начале и в конце массива, которые, вероятно, не совпадают, вряд ли способствуют вычислению БПФ. Почему мы должны использовать только часть образцов или вообще не использовать? Существуют даже оконные функции БПФ, в которых некоторые точки выборки противодействуют другим точкам выборки.

Причину, по которой нам нужно окно БПФ, можно увидеть на рисунках 8-15 в различных спектрах с использованием различных оконных функций БПФ. Окно без БПФ (также называемое прямоугольным окном) генерирует много боковых полос в спектре вычисления БПФ. Это хорошо видно на первом графике спектра оконных функций Rectangular (темно-оранжевый) и Cosine (светло-оранжевый). Сигналы очень низкой амплитуды, близкие к основному сигналу, не могут быть измерены. Таким образом, динамический диапазон вокруг большого основного сигнала невелик.При использовании окна БПФ боковые полосы значительно ослабляются, насколько это зависит от типа окна БПФ. Повышенное подавление боковой полосы происходит за счет селективности. Окна БПФ с очень сильным подавлением боковой полосы и, следовательно, очень высоким динамическим диапазоном имеют гораздо меньшую избирательность.

Рисунок 8, функция окна прямоугольной формы и косинуса

Окно косинуса — хороший компромисс между хорошей избирательностью и хорошим динамическим диапазоном.

Рисунок 9, функция окна прямоугольник и треугольник

Рисунок 10, прямоугольная и оконная функция Ханна

Рисунок 11. Прямоугольная и оконная функция Блэкмана.

Рис. 12. Прямоугольная и оконная функция Наттолла.

За счет немного более широкой полосы пропускания оконная функция Nuttall обеспечивает наилучшее уменьшение боковой полосы и может быть оптимальным компромиссом между хорошей селективностью и хорошим динамическим диапазоном.

Рисунок 13, функция окна прямоугольной формы и окна с плоской вершиной

Особый фильтр — это фильтр с плоским верхом. У него плоский верх, как следует из названия. Вот почему он очень удобен для точных измерений амплитуды. Пик сигнала не обязательно должен находиться точно в центре частотного элемента БПФ.

ALICE Desktop имеет 7 встроенных оконных функций.
Прямоугольная, без оконной функции B = 1
Косинусная оконная функция, средний динамический диапазон B = 1.24
Треугольные ненулевые конечные точки, средне-динамический диапазон B = 1,33
Оконная функция Ханна, средне-динамический диапазон B = 1,5
Окно Блэкмана, непрерывная первая производная функция, средне-динамический диапазон B = 1,73
Окно Наттолла, непрерывная первая производная функция, высокий динамический диапазон B = 2,02
Окно с плоским верхом, средний динамический диапазон, сверхширокая полоса пропускания B = 3,77

Рабочий стол ALICE также позволяет пользователю вводить функцию, обычно из библиотеки numpy, для окна БПФ. В раскрывающемся меню окна БПФ нажмите «Ввести пользовательскую функцию» и введите функцию.Затем выберите окно, определяемое пользователем. Также возможно ввести форму окна БПФ как массив из файла .csv. Длина формы окна должна быть степенью 2, , т.е. 256, 512, 1024, 2048, 4096…. При использовании формы окна БПФ из файла изменение количества отсчетов вверх или вниз запрещено. Количество отсчетов БПФ будет установлено длиной файла формы.

Нулевая начинка

С помощью кнопки меню «Настройка» вы можете установить коэффициент нулевой начинки.Какую проблему пытаются решить с помощью нулевой начинки? Полоса пропускания БПФ зависит от выбора оконной функции БПФ. Для узкого фильтра БПФ полоса пропускания немного больше, чем разница между двумя элементами разрешения по частоте БПФ. Когда частота сигнала находится точно между двумя элементами разрешения частоты БПФ, сигнал будет отображаться ниже своего фактического значения, поскольку половина сигнала появляется в каждом из двух элементов разрешения. На рисунке 21 показан хороший пример этого. Сигнал немного больше 1 кГц и находится точно между двумя элементами разрешения по частоте БПФ.Фактическое пиковое значение должно быть равно 0 дБ , но отображаемое значение двух соседних отсчетов ниже. Уровень сигнала не отображается правильно ни одним из элементов разрешения по частоте БПФ. Это называется утратой гребешка.

Рисунок 14, Основная частота не центрирована, нет нулевого заполнения

Нулевое наполнение обеспечивает простое решение этой проблемы. Для 1x Zero Stuffing мы удваиваем размер массива временных отсчетов. Исходный массив состоял, скажем, из 2048 образцов.Мы добавляем 2048 отсчетов с нулевым значением и получаем новый массив с 4096 отсчетами. Это может показаться нелогичным, ведь когда мы добавляем ноль, мы не добавляем дополнительных данных измерения. Однако что-то происходит при вычислении БПФ с вдвое большим количеством отсчетов. Эффект можно увидеть на рисунке 22. Добавлены дополнительные элементы разрешения по частоте БПФ. По совпадению, здесь дополнительный частотный бин совпадает с частотой сигнала, и уровень сигнала отображается правильно. Также, даже если частота сигнала не совпадает с частотой дополнительного бина БПФ, измеренная ошибка будет меньше.Когда мы добавляем отсчеты с нулевым значением, ширина полосы фильтра БПФ остается неизменной.

Рисунок 15, Основная частота не центрирована, с нулевым заполнением

В программе вы можете выбрать значение от 0 до 5 для нулевой начинки. Поскольку это степень 2, это значение от 1 до 32. Таким образом, будет добавлено 0x — 31x очков. В результате время вычисления БПФ также будет в 32 раза больше, а скорость обновления экрана анализатора спектра значительно замедлится.Одного дополнительного балла (значение 1 для нулевой начинки) часто бывает достаточно, чтобы сохранить приемлемую потерю на гребешок. В качестве альтернативы вы можете установить Zero Stuffing на 0 и использовать окно с плоским верхом. Плоский верх настолько широк, что даже без Zero Stuffing у вас будет небольшая потеря на гребешок, но у вас будет меньшая частотная избирательность.

Для дальнейшего чтения:

Вернуться на главную страницу ALICE.

Плоттер Боде — подробная информация

6,328 байт 90 738 Количество загрузок:

Плоттер Боде

Описание: Отображает графики Боде, показывающие график амплитуды полосового фильтра, а также угловой график.
Имя файла: bodeplot.zip
Идентификатор: 8450
Автор: 907 907 Размер файла
Размер на калькуляторе: 4 КБ
Платформы: 48
Рейтинг пользователей: Чтобы проголосовать
Основная категория: Графика / построение
Языки: ENG
Дата файла: 1992/0810/25 17357 907 907 907 Дата создания: 1991/06/05
Исходный код: Не включено
134
История версий: 31.07.2017: добавлено на сайт
Содержимое архива: Имя
Длина Дата
——— ———- —— —-
6676 25.08.1992 17:06 БОДЕПЛОТ.ASC
3232 25.08.1992 17:06 BODEPLOT.DIR
4749 1992-08-25 17:06 BODEPLOT.TXT
——— ——-
14657 3 файла
Скриншот:
Комментарии пользователей:

В данный момент комментариев нет.

Вы должны войти в систему, чтобы добавить свой комментарий.

Ограничение плоттера Боде в SPICE