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O plotter de bode (INS223)

Um instrumento de grande utilidade, encontrado principalmente em softwares de simulação de funcionamento de circuitos é o Plotter de Bode (Bode Plotter). Capaz de fornecer dados sobre o comportamento de um circuito num determinado espectro de freqüências, trata-se de instrumento ideal para se analisar a curva de resposta de filtros, amplificadores, atenuadores e outros circuitos que operam numa banda larga de freqüências. Veja neste artigo o que é o Plotter de Bode, e se você tem um programa de simulação de circuitos, como usá-lo.

Os leitores que estão na eletrônica há mais tempo, não vão encontrar dificuldades em entender como funciona o Plotter de Bode ou Bode Plotter.

Basta lembrar que há algumas décadas, era muito comum o uso de dois instrumentos no ajuste de circuitos que devessem responder somente a uma determinada faixa de freqüências: o Gerador de Varredura (Sweep Generator) e o Osciloscópio.

O gerador de varredura produzida um sinal que mudava constantemente de freqüência, varrendo um espectro onde deveria ser feita a análise ou ajuste de um determinado circuito. O osciloscópio permitia que se visualizasse como esse circuito estava se comportando e assim fosse feito o ajuste. A configuração mais comum era a de ajuste de um circuito de FI de um receptor de TV que deveria deixar passar uma faixa de freqüências de 4,5 MHz centralizada em 72 MHz, por exemplo, conforme mostra a figura 1.

 

Figura 1
Figura 1

 

O circuito do gerador de varredura produzia constantemente sinais que varriam a faixa de 65 a 80 MHz, por exemplo, os quais eram aplicados ao circuito ressonante. Conforme o sinal se aproximava da freqüência de ressonância do circuito, sua intensidade aumentava e conforme a sintonia desse circuito era visualizada a resposta do circuito.

Os geradores de varredura antigos eram instrumentos relativamente simples. Existiam até tipos em que a varredura de freqüências era feita por um sistema eletromecânico em que um capacitor variável tinha seu eixo girado por um motor, conforme mostra a figura 2.

 

Figura 2
Figura 2

 

Nos modelos mais avançados, a varredura era feita por osciladores acoplados a varicaps, conforme mostra a figura 3. Um oscilador de baixa freqüência fornece a base de varredura para visualização.

 

Figura 3
Figura 3

 


O Bode Plotter

O Bode Plotter consiste numa evolução do sistema de se levantar a curva de resposta de um circuito, integrada num único instrumento: com recursos para se aplicar sinais numa determinada faixa de freqüências a um circuito ele analisa e coloca num gráfico a resposta de freqüências desse circuito, conforme mostra a figura 4.

 

Figura 4
Figura 4

 

Mais do que isso, graças à presença de microprocessadores e DSPs ele pode fornecer informações adicionais sobre o comportamento do sinal do circuito tais como desvio de fase.

É claro que a presença de um processador digital pode ainda levar a produção de informações importantes nesse formato, as quais facilmente seriam armazenadas num arquivo. Uma possibilidade é a apresentação de valores de intensidade e freqüência numa tabela, o que torna muito mais precisa uma eventual análise de um circuito.

A seguir, vamos dar como exemplo de uso de um Plotter de Bode o encontrado no EWB (Electronics Workbench) que já exploramos ao analisar filtros de uma coletânea de projetos.

 

O Bode Plotter do EWB

Na caixa de ferramentas dos programas de simulação que possuem esse instrumentos encontramos o Bode Plotter com o símbolo mostrado na figura 5.

 

Figura 5 - Caixa de Ferramentas, símbolo e aspecto do Bode Plotter
Figura 5 - Caixa de Ferramentas, símbolo e aspecto do Bode Plotter

 

Esse instrumento pode ser arrastado pelo mouse até o circuito que está sendo simulado e ligado na sua saída.

O Bode Plotter possui ainda uma entrada que deve ser ligada ao gerador de sinais do próprio programa que vai fornecer os sinais de prova, conforme mostra uma simulação de um filtro feita na figura 6.

 

Figura 6 - Filtro passa-baixas simulado com o uso do Bode Plotter
Figura 6 - Filtro passa-baixas simulado com o uso do Bode Plotter

 

Clicando no instrumento podemos abrir seu painel de controle que tem a aparência mostrada na figura 7. Variações desse painel podem ser encontradas conforme a versão do programa.

 

Figura 7
Figura 7

 

Observe que temos na parte superior dois controles importantes: magnitude (intensidade) e phase (fase).

Quando pressionamos usando o mouse o botão "magnitude", o gráfico projetado apresenta a intensidade do sinal no espectro de freqüências considerado. Quando pressionamos o botão "phase", o gráfico apresenta a fase do sinal ao longo do espectro de freqüências.

Em alguns programas temos a existência de um cursor que permite realizar medidas precisas da intensidade do sinal (ou fase) numa determinada freqüência. Esse cursor pode ser arrastado ao longo do gráfico com o uso do mouse.

Em outros programas temos simplesmente um par de botões no painel que permite deslocar a freqüência (mostrada numa janela) e obter o valor numérico da freqüência ou fase, como no caso do Bode Plotter do EWB, mostrado na figura 8. Nessa figura damos a simulação de um filtro passa baixas, tanto com o gráfico plotado em função da freqüência como da fase.

 

 Usando o Bode Plotter com freqüência e fase  - (a) Gráfico em função da freqüência
Usando o Bode Plotter com freqüência e fase - (a) Gráfico em função da freqüência

 

 Usando o Bode Plotter com freqüência e fase -  (b) Gráfico em função da fase
Usando o Bode Plotter com freqüência e fase - (b) Gráfico em função da fase

 

Observe que o Plotter é usado com a sua ligação tanto na entrada como na saída do circuito analisado. Os pontos em que isso é feito são claramente mostrados na figura 6 de simulação.

Outro ponto importante, referente aos controles do painel é que podemos ter a escala horizontal e vertical, tanto expressas em unidades lineares (lin) como logarítmicas (log). Para isso basta fazer a seleção nos botões correspondentes do painel.


Exemplo de Aplicação

Podemos tomar como exemplo prático de uso do Bode Plotter numa simulação um filtro passa baixas, como o mostrado na figura 9.

 

Figura 9 - (a) O circuito
Figura 9 - (a) O circuito

 

 Figura 9 - (b) A simulação
Figura 9 - (b) A simulação

 

Neste circuito, a faixa de frequências analisada foi ajustada para valores entre 1 Hz e 1 MHz.

A entrada "In" do Bode Plotter é ligada à entrada do filtro onde ligamos uma fonte de sinal, no caso um gerador de corrente alternada de 120 V/60 Hz. A saída do filtro é ligada aos terminais "OUT" do Bode Plotter.


Conclusão

O conhecimento da curva de resposta de um circuito é importante principalmente nos casos em que se projetam filtros. No entanto, essa possibilidade não limita o uso desse útil instrumento a esta categoria de circuitos.

Muito mais do que isso, amplificadores, circuitos passivos de diversos tipos podem ter suas performances analisadas em função da freqüência possibilitando assim a detecção de pontos em que ocorram anormalidades de respostas e que possam ser responsáveis por comportamentos indesejáveis.

Um amplificador que tenha uma resposta não linear, com picos em freqüências críticas pode causar diversos tipos de problemas. Em circuitos de áudio, por exemplo, uma anormalidade de resposta pode ser desagradável ao ouvido e mais do que isso, se coincidir com as freqüências de ressonâncias de alto-falantes, pode causar sérios problemas a esses componentes.

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