Qucs – Diagrammi di Bode

Bene, riprendiamo il nostro studio di Qucs.

Adesso vediamo come si esegue un’analisi nel dominio della frequenza con i diagrammi di Bode.

Nell’ultimo articolo abbiamo parlato dell’analisi nel dominio del tempo  dei circuiti RC (ma la stessa analisi si può estendere a qualsiasi circuito).qucs-graph

Tracciare i diagrammi di Bode vuol dire diagrammare l’andamento del guadagno e della fase della funzione di trasferimento del circuito, al variare della frequenza. La funzione di trasferimento è data da [latex]H(s)=frac{V_{out}}{V_{in}}[/latex], il guadagno va tracciato in Decibel e si ottiene da [latex]left|H(s)right|_{dB}=20 log{left|H(s)right|}[/latex] (la fase si calcola con [latex]angle H(s)=arctgfrac{Im(H(s))}{Re(H(s))}[/latex]). Il diagramma va fatto in un grafico semi-logaritmico.

I diagrammi di bode servono a capire come si comporta un circuito (solitamente un filtro, o un amplificatore) per ingressi con più componenti frequenziali.

Cominciamo dal semplice circuito dell’articolo precedente

XXX circuito XXX A differenza del circuito precedente abbiamo inserito un generatore di tensione AC. I parametri impostabili sono:
-f:Indica il valore della frequenza del generatore in Herz;
-Phase:Indica la fase in gradi;
-Theta: Coefficiente di smorzamento (valido solo per simulazioni in transitorio)

Dalla figura si vedono i valori per la resistenza ed il condensatore. Mentre per il generatore abbiamo impostato 1V di tensione di picco ed abbiamo lasciato invariati gli altri parametri. Non ci interessa impostare un valore per la frequenza, noi dobbiamo fare una simulazione per più frequenze, e vedere come risponde il sistema; anche la tensione di picco non è importante, in quanto tracceremo il diagramma della funzione di trasferimento [latex]H(s)=frac{V_{out}}{V_{in}}[/latex].

XXX ac XXX Lo spazzolamento in frequenza lo otteniamo attraverso una simulazione AC:I paramtri  impostabili sono gli stessi del blocco parametro sweep. Per quest’analisi abbiamo impostato come inizio 1 Hz e come fine 4KHz. La frequenza di taglio con i valori di R e C scelti è di circa 320 Hz quindi a 4 KHz riusciamo ad avere una buona finestra di simulazione. Abbiamo impostato anche 250 punti di simulazione (il campo numero).

Bene, in questo modo abbiamo il circuito e la simulazione, ma dobbiamo trovare un modo per tirare fuori il guadagno in dB e la fase. A tal proposito ci viene in aiuto lo strumento Equazione (Ctrl+<) che troviamo sulla barra degli strumenti.

18 commenti su “Qucs – Diagrammi di Bode”

  1. Interessante questo articolo!
    Mi chiedevo se è possibile tracciare i diagrammi di Bode relativi ad una generica funzione di trasferimento G(s) senza disporre del circuito.
    Da una funzione di trasferimento mi servirebbe capire se il suo diagramma di Bode sta sotto gli 0 dB per ogni frequenza…

    Grazie!

    1. Ciao Vincenzo,
      putroppo in Qus non è prevista la funzione che richiedi, il programma nasce come strumento di simulazione circuitale, e non come programma di calcolo.
      Tuttavia puoi usare octave (liberamente installabile dal packet manager di ubuntu), che per eseguire questo genere di calcoli è perfetto.
      Se poi segui questa guida giusto per capire come inserire la funzione ed il comando per tracciare il diagramma tutto ti verrà semplicissimo!
      Se dovessi avere dei dubbi in merito scrivi pure qui, che vediamo di risolvere insieme!!!

      1. Salve, spero di avere una risposta, anche se negativa 🙂 dato che non vi sono molte comnità di QUCS specie in italiano. Ho scoperto questo programma casualmente e mi è piaciuto sin da subito.
        Passo alla domanda: qucs non ha come componente il 555 ma volendo ci sono dei files di examples forniti che potrebbero tornare utili, perchè creano il modello del temporizzatore. Vi è modo di usarli in qualche maniera???

        Ho in mente un paio di progetti che fanno uso del 555 e vorrei testarli prima di passare alla breadboard 🙂

        1. Ciao Fabrizio, una risposta cerchiamo di darla sempre (un semplice “non ne ho idea” non si nega a nessuno).

          Devo dirti che è un bel pò che non uso Qucs, in facoltà si usa solo LTSpice.
          Prima di rispondere direttamente alla domanda lasciami indicare due link molto utili per l’argomento che trattiamo così che chi legge sa dove andare ad approfondire:
          http://qucs.sourceforge.net/docs/tutorial/timer555.pdf Il testo in cui si spiega passo passo come è costruito il 555 attraverso dei sotto circuiti;
          http://sourceforge.net/p/qucs/discussion/311049/thread/6bc10e5a/ una discussione sul forum di qucs in cui si spiega sinteticamente come si crea e come si usa un sottocircuito.

          Detto questo andiamo all’uso:
          Nella cartella della documentazione di Qucs troviamo anche degli esempi tra cui c’è un file chiamato 555_examples_prj.tar.gz che contiene appunto tutti gli schemi realizzati nel PDF che ti ho indicato.
          Per usarlo basta che scompatti tutti i file nella cartella del progetto Qucs che vuoi simulare, poi dal menù componenti scegli componenti file ed il blocchetto Sottocircuito.
          Inserisci nello schema il sottocircuito (che al momento è solo un quadratino) e poi, editando le proprietà con doppio click scegli sfoglia e selezioni il file Timer_555.sch. Dando ok avrai il tuo 555 pronto per essere simulato!!
          Spero di aver risposto alla tua domanda, come dicevo è da un pò che non lo uso quindi potrei perdermi qualche passaggio!
          Fammi sapere come va!!

          1. In 2 parole: esauriente e risolutivo. Non avevo trovato la discussione pur cercando… GRAZIE e intanto faccio dei test e riporterò l’esito.

            Una cosa a benefico dei linux/mac users del programma. Per ritrovare la cartella del progetto, dovete andare nella vostra home folder, e trovare la cartella .qucs (mi raccomando il puntino anteriore a qucs) e qui troverete la folder del progetto.

            Io da Mac User, credevo usasse altro e inizialmente non l’ho trovata, ma con un bel:

            find / -iname nomeparzialecartellaprogetto* 2>/dev/null

            ho scoperto dove stava 🙂

            A presto con i risultati.

          2. Dunque il metodo è ottimo, peccato che però fallisca la simulazione in transitorio. Ho fatto un semplice circuito ma con l’analisi lineare che sarebbe quella da usare preferibilmente ho un semplice

            ERROR: TR1: Jacobian singular at t = 0.000e+00, aborting transient analysis

            Dal forum, sembra che bisognerebbe usare una metodologia a lista, ma anche questa fallisce:

            line 68: checker error, required property `Start’ occurred 0x in `TR:TR1′
            line 68: checker error, required property `Stop’ occurred 0x in `TR:TR1′
            line 68: checker error, required property `Points’ occurred 0x in `TR:TR1′
            checker error, value of `Type’ (list) needs to be in [lin,log] in `TR:TR1′
            line 68: checker error, no such variable `list’ used in a `TR:TR1′ property
            line 68: checker error, extraneous property `Values’ is invalid in `TR:TR1′

            Lo stesso errore della metologia a step lo ottengo con gli example forniti, invece nel transitorio lineare l’altro errore non lo ottengo.

            Diciamo che ho almeno imparato il fatto, che è possibile fare una specie di schema per poi usarlo come macro componente. Questo lo farò subito per cercare di fare dei trimmer resistivi, dato che non ve ne sono definiti.

            Grazie ancora!

          3. Il primo errore (sul Jacobiano) indica un problema di convergenza dell’algoritmo di simulazione o un circuito “mal posto”, puoi provare a risolverlo controllando di aver soddisfatto i requisiti di simulazione indicati a pagina 8 del PDF (il paragrafo Published 555 timer test circuits).
            Per gli altri errori sembra che manchino i parametri di Inizio, Fine, passo, e tipologia di scala da usare. Quindi un errore non necessariamente legato al 555.
            Se puoi mandami per e-mail la cartella del progetto compressa, vediamo se riusciamo a risolvere 😉

          4. Perdona il ritardo, ma con la pasqua in mezzo è difficile stare al pc…
            L’errore sullo jacobiano effettivamente è un bug (o quasi) di qucs, cercando in giro sul forum non si trova una soluzione univoca e certa. In sostanza consigliano di “giocare” con i dati di simulazione (numero di punti in particolare).
            Tanto per la cronaca spunta lo stesso errore cercando il punto di polarizzazione DC (F9 se non ricordo male).
            In ogni caso il modello funziona regolarmente, le simulazioni sugli schemi di esempio funzionano perfettamente, quindi il problema sta nella simulazione dello schema da te disegnato. Non ho avuto tempo di fare prove approfondite, ma sembra esserci qualcosa che non va con la rete con i diodi, o l’ingresso di reset (che negli esempi è reso con un generatore di impulsi).
            Appena ho tempo provo a simulare lo stesso in ltspice tanto per avere un “secondo parere”.
            Al momento non ho altre info da darti, spero di rimediare al più presto.
            P.S.: Questo circuito l’hai progettato tu o è preso da qualche sito/rivista? Se si quale?

  2. Perfetto!
    Ho aggiunto il control toolbox all’installazione di Octave e sono riuscito a tracciare il diagramma di Bode del modulo!

    Grazie!

    1. Buongiorno,
      non riesco a riaprire i programmi che ho salvato sotto file>open recent : l’elenco c’è ma il programma mi dice “impossibile caricare documento”: qualcuno mi sa dire dove sbaglio?
      Giampaolo
      g:fortuzzi@libero.it

      1. Ciao G.

        Il menù open recent, apre appunto i progetti aperti recentemente. Assicurati che i file siano ancora nella stessa posizione.

        1. grazie Antonino,
          il mio problema però non è solo nei “recent”;
          proprio non apre neanchequelli archiviati inuna cartekkèèlla qucs che hi apero. Il maledetto Window 10 mi chiede che applicazione usare;
          Per inciso, tu sai doverovare ilseguito di questo articolo per capir come fare i diagrammi in dB: con l’equazioncina io non ci sono riuscito.
          Ciao,
          Grazie

          1. Ciao G. scusa il ritardo nel risponderti ma abbiamo qualche problema nelle notifiche dei commenti.
            Da come mi descrivi il problema può essere che windows non ha associato le estensioni dei file con il programma qucs. Hai provato a cercare in quell’elenco ( ti appare quando ti chiede con che programma aprire il file) l’eseguibile di qucs?

Lascia un commento

Il tuo indirizzo email non sarà pubblicato. I campi obbligatori sono contrassegnati *