Chức năng Bode Plot: Sửa chữa thiết bị âm thanh dễ dàng hơn

Chức năng biểu đồ Bode là gì?

Biểu đồ Bode (Bode Plot) là một chức năng đặc biệt của dòng máy hiện sóng giá rẻ SDS1104X-E, chức năng này cho phép thiết bị tạo bản vẽ một đồ thị đáp ứng tần số của một hệ thống hoặc một thiết bị nào đó cần phân tích (DUT). Biểu đồ Bode biểu diễn sự tương quan giữa hai giá trị trục dọc là biên độ và pha. Thay đổi theo giá trị tần số ở trục ngang là một hàm logarit bậc 10

Biểu đồ Bode thông thường	Biểu đồ Bode hiển thị ở oscilloscope SDS1104X-E

Bằng cách hiển thị cả độ lớn và pha trên cùng một biểu đồ, bạn có thể dễ dàng so sánh chất lượng cơ bản của DUT đang được kiểm tra

Giải thích một số khái niệm trong định nghĩa Bode Plot

- Bode Plot: biểu đồ Bode, giản đồ Bode, đồ thị Bode
- Frequency Response: đáp ứng tần số. Vì chức năng Bode Plot củng nhằm mục đích tạo đồ thị đáp ứng tần số nên chúng ta có thể xem nó tương tự như chức năng của máy FRA (Frequency Response Analysis)
- Magnitude: trục biên độ, biểu thị biên độ của đáp ứng tần số đơn vị là decibel (dB)
- Phase: trục pha, biểu thị sự lệch pha
- DUT: viết tắt của "Device under test", thiết bị đang được kiểm tra trong thí nghiệm

Các ứng dụng của chức năng biểu đồ Bode trong thực tế

Hướng dẫn sử dụng tính năng Bode Plot trên máy hiện sóng Siglent

Hiện nay, đối với các dòng máy hiện sóng Siglent dòng sản phẩm đang được tích hợp tính năng Bode Plot là SDS1000X-E, SDS5000X, SDS2000X Plus. Trong bài viết này, chúng ta sẽ ví dụ bằng dòng máy hiện sóng giá rẻ 

Phần cứng cần chuẩn bị

1) Máy hiện sóng 4 kênh thuộc dòng SDS1000X-E của Siglent (Số lượng: 1). Trong bài viết, chúng ta sẽ sử dụng máy SDS1204X-E với bằng thông tối đa là 200MHz. Điều quan trọng cần phải ghi nhớ là băng thông tối đa của dao động ký phải lớn hơn tần số cần đo, tần số tối đa hiển thị trên biểu dữ liệu của máy hiện sóng thường là những điểm 3dB

2) Máy phát xung của Siglent (Số lượng: 1). Ở đây chúng ta sẽ ví dụ bằng dòng máy phát xung thuộc dòng SDG6052X 500MHz, nhưng bạn củng có thể sử dụng bất kỳ dòng máy phát xung nào của của Siglent miễn sao nó có cổng USB để kết nối máy hiện sóng SDS1000X-E. Chỉ cần đảm báo tín hiệu sóng sin phát ra của máy phát xung lớn hơn tín hiệu của DUT cần kiểm tra là được

Lưu ý: Bạn củng có thể sử dụng bộ phát xung (option) SAG1021 của Siglent để kết nối trực tiếp lên SDS1000X-E. Bộ phát xung này có thể giúp bạn phát các tín hiệu tối đa 25MHz sóng sin, rất phù hợp với ứng dụng này. Tuy nhiên, SAG1021 chỉ có một đầu ra do đó bạn cần một đầu T "BNC" để kết nối trực tiếp thông qua dao động ký

3) Cáp USB (số lượng: 1): để kết nối giữa máy phát xung và máy hiện sóng

4) Connector BNC trở kháng cao (số lượng: 2): do đầu kết nối của máy hiện sóng SDS1000X-E không đạt đủ tiêu chí trở kháng đầu vào 50Ω để kết nối với DUT nên cần phải gắn thêm Connector này

5) Cáp đồng trục BNC (số lượng: 3) kết nối đầu ra máy phát xung với DUT và với máy hiện sóng

6) DUT (số lượng: 1): trong bài viết này chúng ta sẽ kiểm tra bộ lộc thông thấp 50Ω 30MHz

Bài toán đặt ra

Trong bài viết này, chúng ta sẽ thử nghiệm tính năng Bode Plot trên máy hiện sóng Siglent bằng cách kiểm tra độ ảnh hưởng của DUT đến biên độ và pha của một tín hiệu đã biết. Để thực hiện được điều này chúng ta sẽ sử dụng máy phát xung để phát ra hai tín hiệu sin thuần giống hệt nhau từ hai kênh (1) và (2) của máy

- Tín hiệu từ kênh (1) sẽ đi thẳng từ máy phát xung đến máy hiện sóng
- Tín hiệu từ kênh (2) sẽ đi từ máy phát xung -> DUT -> máy hiện sóng

Sau đó, ta sẽ dùng chức năng Bode Plot để dễ dàng quan sát hai tín hiệu này thay đổi như thế nào về biên độ và pha theo tần số so với tín hiệu đầu vào

Sau khi đã hiểu được bài toán đặt ra, ta bắt đầu kết nối thiết bị theo sơ đồ dưới đây

Hướng dẫn kết nối

- Gắn hai Connector BNC trở kháng cao vào CH1 và CH2 của SDS1204X-E
- Đầu ra CH1 của máy phát xung -> cáp BNC -> đầu cuối BNC 50Ω trên MHS -> CH1 máy hiện sóng SDS1204X-E
- Đầu ra CH2 của máy phát xung -> một loại cáp thích hợp để kết nối máy phát xung với DUT -> DUT input
- DUT output -> cáp đầu ra của DUT phù hợp -> đầu cuối BNC 50Ω trên CH2 của MHS

Hướng dẫn các cài đặt để tiến hành kiểm tra đáp ứng tần số bằng Bode Plot

Đầu tiên, chúng ta bắt đầu điều chỉnh các chức năng ở máy phát xung để tạo ra hai tín hiệu ở CH1 và CH2 giống hệt nhau về cả tần số, biên độ và pha bắt đầu. Các dòng máy phát xung SDG X series có tính năng sao chép thông số nhanh chóng ở CH1 và CH2

Bước 1: Mở chức năng tracking trên MPX

(1): Nhấn phím Utility > CH Copy Coupling (Page 1/3)

(2): Cài đặt Tracking > ON

Bước 2: Quay trở lại máy hiện sóng và bắt đầu thực hiện các cài đặt và cấu hình thông số Sweep

(1): Trên bảng điều khiển mặt trước của thiết bị, nhấn phím Utility > nhấn phím mũi tên xuống để xuống trang 2/4 > chọn chức năng Bode Plot

Đây là màn hình hiển thị của chức năng Bode Plot

(2): Vào thẻ (Configure) để lên cấu hình cho máy phát xung và cài đặt thông số Sweep

(3): Chọn thẻ "AWG I/O" để cài đặt thông số biên độ và cài đặt trở kháng dự kiến của tải. Nhấn "back" để quay trở lại màn hình Configure

(4): Tại màn hình Configure, chọn thẻ "SWEEP". Tại đây bắt đầu cài đặt một số thông số sau, Sweep Start/Stop, Frequencies và Resolution

- Sweep Start/Stop: Cài đặt tần số bắt đầu và tần số kết thúc cần kiểm tra
- Thay đổi giá trị bằng cách vặn núm điều chỉnh
- Một bảng số sẽ hiển thị như hình bên dưới, vặn núm để điều chỉnh đến giá trị phù hợp và nhấn vào để chọn giá trị đó

(5): Quay trở lại màn hình Configure > Tiếp tục chọn thể "CHANNEL" để cài đặt các thông số cho kênh

- Tại đây, bạn có thể thấy CH1 của MHS là DUT Input (tín hiệu đi thẳng từ MPX vào MHS). CH2 kết nối từ đầu ra của của DUT (tín hiệu từ MPX qua DUT đến MHS)

(6): Nhấn phím Back hai lần để trở lại màn hình chính của chức năng Bode Plot. Bây giờ, bạn có thể bắt đầu chạy thử bằng cách > chọn ON ở thẻ "OPERATION"

- Lúc này, ngõ ra ở MPX đã được bật và ta bắt đầu bắt đầu thấy những thay đổi của tần số tại đầu ra Sweep của MPX
- Trên màn hình của MHS bắt đầu hiển thị các biểu đồ về biên độ và pha theo miền tần số. Ở trường hợp này chúng ta đang quan sát tín hiệu ở CH2 túc là tín hiệu đi qua DUT - Biên độ được biểu thị bằng màu hồng sáng và pha được biểu thị bằng màu hồng tối hơn

Sau khi quá trình SWEEP hoàn tất, chúng ta sẽ có một biểu đồ đáp ứng tần số như sau tại tần số bắt đầu là 1MHz và kết thúc ở 50MHz

Bạn có thể xem dữ liệu chi tiết bằng cách nhấn vào thẻ "DATA" và chọn chế độ xem "LIST" > ON

Tại đây, bạn có thể sử dụng một số chức năng như chụp nhanh ảnh màn hình vào USB hoặc lưu dữ liệu CSV vào USB thông qua thẻ "SAVE"

Qua các bước kết nối và thiết lập đơn giản như trên, bạn đã có thể thực hiện phân tích đáp ứng tần số cơ bản bằng chức năng Bode Plot của máy hiện sóng Siglent dòng SDS1000X-E. Dưới đây hãy quan sat tín hiệu theo miền thời gian

Quan sát tín hiệu của thí nghiệm trên miền thời gian

Tần số 1MHz	Tần số 20MHz
Tần số 30MHz	Tần số 40MHz
Tần số 50MHz

Máy hiện sóng SDS1104X-E đo đáp ứng tần số với giá siêu rẻ