अज्ञात सर्किट के लिए बोडे भूखंड प्राप्त करने के व्यावहारिक तरीके

Question

मैं एक व्यावहारिक पद्धति / तरीके का उपयोग करना चाहता हूं जहां मैं किसी सिस्टम विशेष रूप से एक फिल्टर के बोडे प्लॉट को प्राप्त कर सकता हूं। यह पाठ्यक्रम जटिल गणित का उपयोग करके या एक स्पाइस सिम्युलेटर में सर्किट को लागू करके किया जा सकता है। लेकिन इसके लिए सर्किट आरेख और प्रत्येक घटक के सटीक मापदंडों को जानना आवश्यक है।

लेकिन कल्पना कीजिए कि हम एक ब्लैक बॉक्स में एक फिल्टर के सर्किट आरेख को नहीं जानते हैं, और हमारे पास सर्किट मॉडल प्राप्त करने का समय या संभावना नहीं है। जिसका अर्थ है कि हमारे पास फ़िल्टर है और हमारे पास केवल इसके इनपुट और आउटपुट तक पहुंच है। (मैं इसके इनपुट के लिए आवेग लागू करके फ़िल्टर के हस्तांतरण फ़ंक्शन को प्राप्त करने के विचार को भी बाहर करता हूं, मुझे लगता है कि यह अव्यावहारिक है?)?

लेकिन अगर हमारे पास दो चैनल आस्टसीलस्कप और एक फ़ंक्शन जनरेटर है, तो हम किसी विशेष साइनसोइडोस्कोप इनपुट के लिए फ़िल्टर के इनपुट और आउटपुट को देख सकते हैं।

एक फ़ंक्शन जनरेटर का उपयोग करके, हम उदाहरण के लिए इनपुट को 1mHz साइनसॉइडल के रूप में 10mV पीके-पीके के साथ सेट कर सकते हैं या इसे विन कह सकते हैं। इस मामले में हम एक चरण पारी we1 के साथ V1 पीके-पीके का उत्पादन कर सकते हैं। हम इस समय इनपुट को 10Hz sinusoidal के रूप में फिर से Vin pk-pk के रूप में सेट करके दोहराते हैं। इस मामले में हम चरण शिफ्ट .2 के साथ V2 pk-pk का उत्पादन कर सकते हैं। तो विन को समान आयाम देकर और आवृत्ति को समान रूप से बढ़ाकर हम कुछ बिंदुओं को प्राप्त कर सकते हैं:

विन f1 ---> V1, f1, V1

विन f2 ---> V2, f2, V22

विन f3 ---> V3, f3, V3

...

विन fn ---> Vn, fn, .n

इसका मतलब है कि हम fn के संबंध में Vn / Vin की साजिश कर सकते हैं; और हम भी fn के संबंध में ϕn साजिश कर सकते हैं। इस प्रकार हम Bode भूखंडों को मोटे तौर पर प्राप्त कर सकते हैं।

लेकिन इस विधि में कुछ कमजोरियां हैं। सबसे पहले जब से यह कलम और कागज के साथ दर्ज किया जाएगा मैं छोटे अंतराल के साथ fn नहीं बढ़ा सकता। यह बहुत अधिक समय ले रहा है। यहां एक और सबसे महत्वपूर्ण समस्या आस्टसीलस्कप स्क्रीन में एम्पलीट्यूड और फेज शिफ्ट को सटीक रूप से पढ़ना है।

मेरा प्रश्न है : मान लें कि हमारे पास एक पीसी आधारित डेटा-अधिग्रहण प्रणाली भी है, तो क्या आयाम और चरण शिफ्ट दोनों के लिए बोड प्लॉट अंक प्राप्त करने का एक व्यावहारिक और तेज़ तरीका है? संख्या)

Comments

नेटवर्क एनालाइज़र का उपयोग करें, कीसाइट, एपी इंस्ट्रूमेंट्स, वेनेबल, आदि मॉडल हैं जो स्वचालित रूप से आवृत्ति और भूखंड लाभ / चरण या Nyquist भूखंडों को स्वीप करेंगे। प्रक्रिया को स्वचालित करने और डेटा बिंदुओं को डाउनलोड करने के लिए आप इन्हें एक पीसी से जोड़ सकते हैं।

— जॉन डी

कभी कोई इस्तेमाल नहीं किया और मेरे पास कोई नहीं है। वे बहुत महंगे हैं। लेकिन उचित विधि का उल्लेख करने के लिए धन्यवाद।

— user16307

मुझे eBay पर $ 400 के लिए एक कामकाजी एचपी 3562 ए डायनेमिक सिग्नल विश्लेषक मिला। यह केवल 100kHz के लिए अच्छा है, लेकिन मेरे होम लैब के लिए यह काफी अच्छा था। थोड़े समय के लिए साधन किराए पर लेने का विकल्प भी है। आप कंप्यूटर-नियंत्रित सिग्नल जनरेटर और डेटा अधिग्रहण प्रणाली के साथ अपना खुद का बना सकते हैं, लेकिन इसे सही करने में लगने वाला समय एक ऑफ-द-शेल्फ़ यूनिट को मोलभाव करने जैसा बना सकता है।

— जॉन डी

"पीसी डेटा अधिग्रहण प्रणाली" से आपका क्या अभिप्राय है? एक मॉडल संख्या हमें बताएगी कि आपके पास क्या क्षमताएं उपलब्ध हैं।

— फोटॉन

और आपको क्या लगता है कि आपके फिल्टर को कवर किया जा सकता है? 100 हर्ट्ज और 100 मेगाहर्ट्ज के लिए उत्तर अलग-अलग होंगे।

— फोटॉन

Answer 1

आप कुछ इनपुट सिग्नल को इंजेक्ट करने के लिए डीएक्यू उपकरण का उपयोग कर सकते हैं और फिर आउटपुट सिग्नल पर कब्जा कर सकते हैं, एक टेबल / मैट्रिक्स में सभी डेटा एकत्र कर सकते हैं।

सिग्नल प्रोसेसिंग का सही अध्याय सिस्टम पहचान / अनुमान होगा। विभिन्न तरीकों, पुनरावर्ती कम से कम वर्गों का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। आपको ऐसे सिग्नल को इंजेक्ट करने की आवश्यकता होगी जो समय के साथ दोहराए जाने योग्य नहीं है, क्योंकि किसी भी एल्गोरिदम को उत्तेजना सिग्नल के किस हिस्से को अलग करना है, जो आउटपुट प्रतिक्रिया के किस हिस्से का कारण बनता है। इसलिए उत्तेजना संकेत एक नाड़ी के परिणामस्वरूप उत्पन्न होगा यदि ऑटोक्रॉलेटेड है, इसका मतलब यह भी है कि इनपुट और आउटपुट सिग्नल के बीच सहसंबंध एक सटीक शिखर (लॉक इन) देगा।

इस तरह के सिग्नल का नाम PRBS (स्यूडो रैंडम बाइनरी सीक्वेंस) है। आप इसे एक इंजेक्ट कर सकते हैं, फिर सिस्टम गुणांक की गणना (और सहसंबंधित) करके उपलब्ध सिस्टम पहचान उपकरण का उपयोग कर सकते हैं।

Answer 2

आपने जो कहा है, उससे आपका सर्वश्रेष्ठ दांव समय-डोमेन संचरण (TDT) माप हो सकता है।

यह अच्छी तरह से ज्ञात टाइम-डोमेन रिफ्लेमेट्री (TDR) माप के समान है, लेकिन आप प्रतिबिंब विशेषता के बजाय परीक्षण (DUT) के तहत डिवाइस की ट्रांसमिशन विशेषता को मापते हैं।

आपके द्वारा टिप्पणियों में लिंक किए गए DAQ सिस्टम में प्रति सैम्पल प्रति 50,000 नमूना है, लेकिन चूंकि आपकी ब्याज की आवृत्ति बैंड 0 - 1 kHz है, इसलिए यह आपके डिवाइस के परीक्षण के लिए पर्याप्त है। उत्तेजना पैदा करने के लिए आप एक डिजिटल आउटपुट चैनल (संभवत: अटेंड किया गया) का उपयोग कर सकते हैं। माप की सटीकता इस बात पर निर्भर हो सकती है कि DAQ की नमूना घड़ी कितनी सुसंगत है।

अनिवार्य रूप से आप DUT पर एक चरण इनपुट फ़ंक्शन लागू करते हैं और एक आस्टसीलस्कप के साथ आउटपुट को मापते हैं। एक ही नमूना के साथ इनपुट संकेत को भी मापें। फिर इनपुट और आउटपुट सिग्नल पर एक फूरियर रूपांतरण करते हैं और आवृत्ति प्रतिक्रिया प्राप्त करने के लिए एक-दूसरे को विभाजित करते हैं। आप परिवर्तनों का अध्ययन करते समय एक अच्छी विंडोिंग फ़ंक्शन का चयन करने के लिए थोड़ा अध्ययन और प्रयोग करना चाहेंगे।

यह तकनीक उच्च आवृत्तियों पर कम सटीक निकलती है क्योंकि चरण फ़ंक्शन स्पेक्ट्रम के रूप में गिरता है ।$1/f$

Comments

उस लागू करने के लिए मेरे दायरे से परे। लेकिन यह कैसे हो सकता है अगर मैं ऐसा करता हूं तो मैंने उद्धरण में लिखा है: "मैं एक फ़ंक्शन जनरेटर द्वारा इनपुट पर एक आवेग लागू करता हूं और मैं 12kHz नमूनाकरण में डेटाक डिवाइस द्वारा फ़िल्टर (कॉल) के समय-डोमेन प्रतिक्रिया को रिकॉर्ड करता हूं। मैं। MATLAB में h (t) के लाप्लास रूपांतरण को लें और H (s) को प्राप्त करें। H (s) से मैं दोनों परिमाण और चरण प्रतिक्रियाओं को साजिश कर सकता हूं। " क्या आपको लगता है कि इस तरह से समझ में आता है?

— user16307

यह निर्भर करता है कि आपके फ़ंक्शन जनरेटर का आवेग कितना अच्छा है जो उत्पादन करने में सक्षम है। 1 kHz माप के लिए, यह काम करने की संभावना है। आप अभी भी इनपुट को मापना चाहते हैं और साथ ही आउटपुट को अपने सिग्नल स्रोत और DAQ की किसी भी प्रतिक्रिया सीमाओं को गंभीर रूप से जांचना चाहते हैं।

— फोटॉन

फ़ंक्शन जनरेटर का न्यूनतम कर्तव्य चक्र 10% है इसलिए यह एक आवेग नहीं बल्कि एक नाड़ी होगा। क्या इस तरह का कदम इनपुट कुछ मोटा परिणाम देता है?

— user16307

मैं इसे बहुत लंबी अवधि के स्क्वायर वेव (0.1 या 0.01 हर्ट्ज) कहता हूं। फिर कैप्चर अंतराल के बीच में बढ़ते हुए किनारे के साथ आधे चक्र पर कब्जा करने के लिए DAQ को सिंक्रनाइज़ करें और कैप्चर में कोई अन्य किनारा नहीं। आवृत्ति संकल्प 1 / T से संबंधित होगा जहां T कैप्चर अंतराल की कुल अवधि है।

— फोटॉन

इस तरह एक कदम इनपुट लागू करने के बारे में कैसे: lpsa.swarthmore.edu/Transient/TransInputs/TransStep/img12.gif और चूंकि चरण इनपुट का लाप्लास 1 / s है। और H (s) = L {f} (s) * s प्राप्त करना? (f (t) समय डोमेन में दर्ज की गई प्रतिक्रिया)

— user16307

Answer 3

क्या आपके फ़ंक्शन जनरेटर को कंप्यूटर द्वारा नियंत्रित किया जा सकता है? जैसे GPIB

क्या आपका आस्टसीलस्कप कंप्यूटर से बात कर सकता है?

यदि ऐसा है तो आप शायद मौजूदा वर्कफ़्लो को स्वचालित कर सकते हैं।

Answer 4

वैसे मुझे एक समान समस्या थी, कि भारी मात्रा में पैसा खर्च किए बिना बंद लूप विश्लेषण के लिए एक व्यावहारिक प्रयोग करने योग्य बोडे प्लॉटर कैसे बनाया जाए। मैंने एक बुनियादी प्रणाली को एक साथ रखा है जो 10Hz से 50Khz को कवर करता है जो मेरी साधारण जरूरतों को कवर करता है, यह आवृत्ति में स्वीप करता है, और एक सीआरटी पर प्लॉट्स लाभ और चरण एक साथ होता है।

यह उपकरण के दो नहीं बल्कि अप्रचलित लेकिन फिर भी उपयोगी बजट टुकड़ों और दोनों के बीच एक सरल इंटरफ़ेस का उपयोग करता है। पहला आइटम एचपी गेन फेज़ मीटर 3575A है जिसे आपको सौ डॉलर में लेने में सक्षम होना चाहिए। इसमें दो समान चैनल हैं जो 1Hz से 13Mhz तक +/- 50dbdb की डायनामिक रेंज (200uV से 20V rms डायनेमिक रेंज प्रत्येक चैनल) के साथ काम करते हैं, और 360 डिग्री से थोड़ा अधिक पर लगातार चरण माप सकते हैं। इसमें फ्रंट पैनल पर 0.1db और 0.1 डिग्री रिज़ॉल्यूशन के साथ डिजिटल रीडआउट है और पीछे की तरफ डीसी आउटपुट बाहरी रूप से उपलब्ध हैं। वह मेरा माप "फ्रंट एंड" है।

उसी विंटेज के उपकरण का दूसरा टुकड़ा एक HP स्पेक्ट्रम विश्लेषक मॉडल 3580A है जो शून्य से 50Khz तक काम करता है और इसमें एक ट्रैकिंग जनरेटर आउटपुट होता है। यदि आप भाग्यशाली हैं, तो आप इनमें से एक को शायद पाँच सौ डॉलर तक ले सकते हैं। इसमें एक डिजिटल मेमोरी है, इसलिए आप एक तरंग को स्टोर कर सकते हैं जबकि दूसरी को सीधी तुलना के लिए माप सकते हैं। एक प्राचीन सर्वो टाइप पेन प्लॉटर ड्राइविंग करने में भी सक्षम है, हालांकि मैं उस सुविधा का उपयोग नहीं करता हूं।

किसी भी तरह, ट्रैकिंग जनरेटर आउटपुट (2 वी आरएमएस) आप जो भी परीक्षण कर रहे हैं, उसके लिए स्वैप्ट आवृत्ति स्रोत होगा। अब समस्या यह है कि लाभ / चरण मीटर एक डीसी वोल्टेज डालता है, और स्पेक्ट्रम विश्लेषक को सटीक आवृत्ति के एक एसी सिग्नल को देखने की उम्मीद है जो वह व्यापक है।

एक एनालॉग गुणक का उपयोग करके इसे दूर किया जा सकता है। ट्रैकिंग गुणक से एक गुणक इनपुट संचालित होता है। स्केलिंग के बाद लाभ / चरण मीटर से डीसी वोल्टेज के साथ अन्य गुणक इनपुट। गुणक आउटपुट स्पेक्ट्रम विश्लेषक इनपुट में जाता है।

लाभ / चरण मीटर से डीसी मान गुणक से बाहर आने वाले आरएफ आयाम को नियंत्रित करते हैं और इसलिए स्पेक्ट्रम विश्लेषक पर प्रदर्शित आयाम आवृत्ति में स्वीप करते हैं।

जब रैखिक ऊर्ध्वाधर पैमाने (डीबी नहीं) के लिए सेट किया जाता है, तो स्पेक्ट्रम विश्लेषक या तो आवृत्ति बनाम (डीबी) प्राप्त करेगा, या चरण बनाम आवृत्ति बेसलाइन के ऊपर एक ऊर्ध्वाधर विक्षेपण के रूप में होगा। Db से वोल्टेज रूपांतरण को लाभ / चरण मीटर में किया जाता है, स्पेक्ट्रम विश्लेषक सीधे रैखिक मोड में चलाया जाता है।

मेमोरी में एक ट्रेस होने के साथ आवृत्ति को दो बार बहाने की आवश्यकता होती है। फिर आप फिर से सिंगल स्वीप मारते हैं, और स्क्रीन पर दूसरे सिग्नल को प्राप्त करते हैं और फिर आप एक साथ लाभ और चरण दोनों देख सकते हैं।

केवल वास्तविक सीमा यह है कि आवृत्ति पैमाने रैखिक नहीं लघुगणक है, लेकिन अगर आप वास्तव में केवल एक विशेष दशक में वास्तव में रुचि रखते हैं, तो इसकी कुछ चीजें जो आप जल्द ही उपयोग कर सकते हैं। पहले एक व्यापक बैंड स्वीप करें, फिर इसे विस्तारित करने के लिए सबसे अधिक ब्याज के हिस्से पर एक और स्वीप करें।

चरण, आवृत्ति, और लाभ मार्जिन के रीडिंग के उच्च रिज़ॉल्यूशन के लिए, HP3580A मैनुअल फ़्रीक्वेंसी ट्यूनिंग की अनुमति देता है, इसलिए आप केवल 0db लाभ के लिए ट्यून करते हैं, और चरण मीटर से 0.1 चरण रिज़ॉल्यूशन तक सीधे चरण पढ़ें। फिर आप मैन्युअल रूप से -180 डिग्री चरण के लिए ट्यून कर सकते हैं, और 0.1 डीबी रिज़ॉल्यूशन के साथ डिजिटल डिस्प्ले से लाभ मार्जिन पढ़ सकते हैं, डिजिटल आवृत्ति रीडआउट 1Hz रिज़ॉल्यूशन है।

CRT पर ट्रेस छोटा है, लेकिन यह सामान्य आकार का एक बहुत अच्छा संकेत देता है, जो सामान्य रूप से 10db प्रति डिवीजन और लंबवत रूप से 45 डिग्री प्रति डिवीजन है। और डिजिटल रीडआउट उन सभी रिज़ॉल्यूशन को देता है जो आप किसी भी विशिष्ट बिंदु पर रूचि के लिए कर सकते हैं।

यह एक वास्तविक बजट प्रणाली है, और थोड़ा मिकी माउस, लेकिन इसका एक बहुत ही उपयोगी उपकरण है जो मुझे उन चीजों को करने की अनुमति देता है जो मैं पहले कभी नहीं कर सकता था। और यह सब एक साथ डाल करने के लिए बहुत सीधा था।

3575A लाभ / चरण मीटर पर दो इनपुट चैनल स्विचिंग बिजली की आपूर्ति के बंद लूप माप की अनुमति देते हैं, और एक कम आवृत्ति 1000: 1 वर्तमान ट्रांसफार्मर ट्रैकिंग जनरेटर से एक कम लागत इंजेक्शन ट्रांसफार्मर बनाता है।

मैंने कई अलग-अलग वर्तमान ट्रांसफार्मर की कोशिश की, इससे पहले कि मैंने पाया कि 50Khz पर केवल आधा प्रतिशत की गिरावट के साथ वास्तव में सपाट दिख रहा था।

Answer 5

आप जो खोज रहे हैं उसे सिस्टम आइडेंटिफिकेशन कहा जाता है। यह कई तरीकों से किया जा सकता है, लेकिन विचार एक ही रहता है: एक इनपुट लागू करें, प्रतिक्रिया को मापें, ट्रांसफर फ़ंक्शन / बोड प्लॉट प्राप्त करने के लिए डेटा / गणित पर काम करें। (सरल संस्करण: इनपुट और आउटपुट का फूरियर रूपांतरण करें, और ट्रांसफर फ़ंक्शन प्राप्त करने के लिए विभाजित करें)

आमतौर पर समस्या यह है कि 'ब्लैक बॉक्स' (प्लांट) को नुकसान पहुंचाए बिना सिग्नलों की अनुमति क्या है। इसलिए, माप ओपन लूप, या बंद लूप किया जा सकता है, और एक इनपुट सिग्नल के साथ खेल सकता है।

नियंत्रण प्रणालियों में उपयोग किए जाने वाले अधिकांश सफेद शोर को लागू कर रहे हैं (क्योंकि इसमें सभी आवृत्तियां शामिल हैं, और एक पूर्ण आवेग या चरण की तुलना में उत्पन्न करना बहुत आसान है)

अन्य possibilites उदाहरण के लिए मल्टीसाइन सिग्नल हैं, इसलिए आप इस बात पर अधिक नियंत्रण रख सकते हैं कि आप किस तरह के सिग्नल प्लांट में लगाते हैं।

सिस्टम पहचान पर पढ़ने की कोशिश करें या मतलाब के सिस्टम आइडेंटिफिकेशन टूलबॉक्स के साथ खेलें।

Answer 6

हालांकि, पिछले सभी उत्तर सही हैं, जिस विधि का मैं हमेशा उपयोग कर रहा हूं वह अनुपलब्ध है: (वेक्टर) नेटवर्क विश्लेषक।

यह मूल रूप से आपको "थकाऊ" के रूप में वर्णित करता है, लेकिन स्वचालित रूप से ईएम तरंगों का उपयोग करता है: एक बहती थरथरानवाला DUT के माध्यम से भेजे गए तरंगों को उत्पन्न करता है। यह तब परिलक्षित होने वाली शक्ति और DUT के माध्यम से प्रेषित होने वाली शक्ति को मापता है। यह आपको एस-पैरामीटर देता है। S21 एसी ट्रांसफर फ़ंक्शन से मेल खाती है।

एक विशिष्ट VNA में आप आवृत्तियों को सेट और रोक सकते हैं, अक्ष स्केलिंग (लॉग बनाम लिन), कम बिजली के स्तर के लिए औसत और चौरसाई, वास्तविक और काल्पनिक भाग के साथ-साथ परिमाण और चरण।

पुनश्च: मैंने अभी देखा कि जॉन ने पहले से ही एक विश्लेषण के रूप में नेटवर्क विश्लेषक सूचीबद्ध किया था। इससे पहले नहीं देखा था।

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$S_{21}$

Answer 7

सबसे अच्छा, सबसे व्यावहारिक और सबसे मजबूत तरीका जो मुझे पता है, वह है बेस्ट रैखिक अनुमोदन (बीएलए) का उपयोग करके । यह एक ऐसी विधि है जो रैखिक और गैर- रैखिक सर्किट के साथ काम करती है । प्रणाली के बारे में केवल धारणा है:

• DUT "समान अवधि में अवधि" है। तो आधी आवृत्ति के साथ आउटपुट सिग्नल काम नहीं करेगा।

यह निम्नानुसार काम करता है:

1. $u(n)$$y(n)$
2. $m$
3. आप सिस्टम पर रैंडम उत्तेजना लागू करते हैं।

4. आप मापा इनपुट और आउटपुट के फूरियर ट्रांसफॉर्म का उपयोग करके इस अहसास के लिए बोड प्लॉट्स की गणना कर सकते हैं।

   $$\hat H_i(j\omega) = \frac{\frac{1}{n}\sum_k Y_{ki,meas}(j\omega)}{\frac{1}{n}\sum_k U_{ki,meas}(j\omega)}$$

   

   (आप इस बिंदु पर माप शोर की गणना भी कर सकते हैं)।

5. $m = 1$

6. फिर आप सर्वश्रेष्ठ रैखिक सन्निकटन की गणना कर सकते हैं:

   $$\hat H_{BLA}(j\omega) = \frac{1}{m}\sum_{i=1}^m \hat H_i(j\omega)$$

नॉनलाइनियर व्यवहार मापा स्पेक्ट्रोम्स पर "शोर" के रूप में दिखाई देगा । एकमात्र अंतर यह है कि यह वास्तविक शोर के विपरीत, सुसंगत है। यही कारण है कि कई उत्तेजनाओं को भी यादृच्छिक बनाने की आवश्यकता है। उनका उपयोग करने से आपको एक रेखीय प्रणाली का बॉट प्लॉट मिलेगा, जो पूरी तस्वीर का सबसे अच्छा वर्णन करेगा।

ध्यान दें कि इनपुट शक्ति को बदलने से, बीएलए, नॉनलाइनियर सिस्टम की संपत्ति भी बदल जाएगी। हमेशा एक उत्तेजना का चयन करना सबसे अच्छा होता है जो वास्तविक जीवन के आवेदन के समान होता है।

Answer 8

यदि यह वास्तव में एक ब्लैक बॉक्स है, तो आपको न केवल डिवाइस की हस्तांतरण विशेषताओं को मापना चाहिए, बल्कि इनपुट और आउटपुट प्रतिबाधा को भी मापना चाहिए। आपको रिवर्स ट्रांसफर फ़ंक्शन को मापने की भी आवश्यकता हो सकती है। इन मापों की आवश्यकता उन उपकरणों के इनपुट और आउटपुट लोड से तय होती है जो इस ब्लैक बॉक्स से जुड़े होते हैं।