Konstrukce logaritmické osy
Při grafických řešení obvodů se většinou používají milimetrové papíry. Pokud se ale některá veličina mění ve velkém rozsahu, není lineární stupnice vhodná, jako např. při zobrazování kmitočtových charakteristik zesilovačů.
Pokud je vodorovná osa logaritmická a svislá osa lineární, hovoříme o semilogaritmickém papíru.
Logaritmickým papírem nazýváme papír, který má obě osy (vodorovnou i svislou) logaritmické. Tento papír se používá pro zobrazování kmitočtových charakteristik dvojbranů.
Konstrukce logaritmické osy
Při konstrukci logaritmické osy se délka osy podělí potřebným počtem dekád "a" a takto získaná velikost základního modulu se zaokrouhlí směrem dolů. Výpočet se provede jen pro jednu dekádu, poněvadž u všech dekád jsou vzdálenosti čísel vzhledem k počátku modulu shodné. Vzdálenost jednotlivých číslic vzhledem k počátku modulu se vypočítají podle vzorce:
|
m = a.log f |
kde: "m" značí vzdálenost jednotlivých číslic vzhledem k počátku dekády [mm]
"f" značí číslo, které budeme logaritmovat, tj. kmitočet f
"a" značí délku dekády [mm]
"log" je logaritmická funkce
Pozn: čáry se ke konci modulu zhušťují,
trojka je zhruba uprostřed modulu (platí m =
a. log 3 = a.
0,48)
Příklad
konkrétní konstrukce logaritmické osy
Zadání:
Změřte
kmitočtovou charakteristiku nízkofrekvenčního zesilovače.
Návrh grafu:
Na
svislou - lineární-osu naneste zesílení Au [dB],
na vodorovnou - logaritmickou-osu naneste kmitočet f [Hz].
Pro
měření zvolte tyto kmitočty f [Hz]:
20
Hz, 30 Hz, 40 Hz, 100 Hz, 200 Hz, 500 Hz, 1000 Hz, 5000
Hz, 8000 Hz, 10000 Hz, 12000 Hz, 14000 Hz, 16000 Hz, 18000 Hz, 20000
Hz, 22000 Hz.
Návrh:
Při
návrhu grafu vycházíme
z tabulky naměřených hodnot
Stanovení velikosti vodorovné osy (logaritmické)
Na vodorovnou osu nanášíme hodnoty kmitočtu f [Hz].
Do
celkové délky vodorovné osy se musí vejít tento
počet
dekád "a", to znamená konkrétně tyto dekády:
1.
dekáda: představuje rozsah 10 - 100, tj. 20 Hz, 30 Hz,
40 Hz
2.
dekáda: představuje rozsah 100 - 1 000, tj.100 Hz, 200
Hz, 500 Hz

3.
dekáda: představuje rozsah 1 000 - 10 000, tj.1000 Hz,
5000 Hz, 8000 Hz

4.
dekáda: představuje rozsah 10 000 - 100 000, tj.10000
Hz, 12000 Hz, 14000 Hz, 16000 Hz, 18000 Hz, 20000
Hz, 22000 Hz.
Výpočet vzdálenost
jednotlivých číslic vzhledem k počátku dekády
Při
konkrétním výpočtu vzdálenosti jednotlivých číslic postupujeme dle
vzorce m = a.log f
(f bude vždy v rozmezí čísel
1 až 10)
Příklad (výsledky "m"
zaokrouhlujeme na celé milimetry):
délka modulu "a" je 71 mm
zadaný kmitočet f je 20 Hz
výpočet: m = 71.log2 = 71.0,30 = 21 mm
Tuto vzdálenost měříme od začátku osy (viz obr. vpravo)
délka modulu "a" je 71 mm
zadaný kmitočet f je 30 Hz
výpočet: m = 71.log3 = 71.0,47 = 34 mm
Tuto vzdálenost měříme od začátku osy (viz obr. vpravo).
Tabulka
naměřených hodnot
|
f [Hz] |
U1 [V] | U2 [V] | Au [dB] |
f [Hz] |
U1 [V] | U2 [V] | Au [dB] | |
| 20 | 0,01 | 0,20 | 26,0 | 8000 | 0,01 | 0,50 | 34,0 | |
| 30 | 0,01 | 0,23 | 27,2 | 10000 | 0,01 | 0,50 | 34,0 | |
| 40 | 0,01 | 0,23 | 27,2 | 12000 | 0,01 | 0,43 | 32,7 | |
| 100 | 0,01 | 0,29 | 29,2 | 14000 | 0,01 | 0,38 | 31,6 | |
| 200 | 0,01 | 0,32 | 30,1 | 16000 | 0,01 | 0,30 | 29,5 | |
| 500 | 0,01 | 0,33 | 30,4 | 18000 | 0,01 | 0,25 | 28,0 | |
| 1000 | 0,01 | 0,50 | 34,0 | 20000 | 0,01 | 0,20 | 26,0 | |
| 5000 | 0,01 | 0,50 | 34,0 | 22000 | 0,01 | 0,10 | 20,0 |
Z uvedeného výčtu dekád je patrné, že potřebujeme celkem 4 dekády - tím dojde k pokrytí požadovaným měřícím kmitočtovým rozsahem 20 Hz až 22000Hz.
Umístění grafu na list papíru

Při
rozvaze umístění grafu na list papíru vycházíme z jeho fyzických rozměrů
(nejběžnější A4 = 210 x 297 mm). Z estetického hlediska zvolíme umístění
grafu do rámečku, který je vložen do listu papíru
10 mm od okrajů. Konce os grafu umístíme asi 10-20 mm od rámečku.
Určení konkrétní velikosti vodorovné osy:
délka listu papíru (v mm):
297 -
20 (rámeček 10+10 mm) - 40 (konce os 20+20
mm) = 237
mm
počet dekád "a" čtyři, jedna dekáda (v mm):
237 : 4 = 59 mm (zaokrouhleno dolů).
Z "Tabulky naměřených hodnot" a obrázku 4. dekády ale vyplývá, že poslední (čtvrtá)
dekáda bude využitá v délce 20 mm (m= 59. log 2,2 = 20 mm). Je proto možné zvětšit
velikost 1., 2. a 3. dekády o zbytek, který zůstává ze 4. dekády, tj. o 39 mm
(59 mm - 20 mm = 39 mm) takto Tím vyjde celková velikost vodorovné osy takto:
rozdělení zbytku 4. dekády pro 1. až 3. dekádu (3 dekády)
39 mm : 3 (3 dekády) = 13 mm
1. dekáda : 72 mm
59 mm + 13 mm = 72 mm
2. dekáda : 72 mm
59 mm + 13 mm = 72 mm
3. dekáda : 72 mm
59 mm + 13 mm = 72 mm
4. dekáda (neúplná)
20 mm
Kontrola celkové délky osy: 72+72+72+20=236 mm.
(viz výše - Určení konkrétní
velikosti vodorovné osy: 237 mm).
Rozdíl jednoho milimetru (236 mm, 237 mm) je způsoben postupným zaokrouhlováním
dílčích výsledků.
Závěr
1. až 3. dekáda bude mít délku 72 mm, 4. dekáda bude neúplná (jen do 22 000 Hz) a tudíž bude mít délku jen 20 mm
Stanovení
velikosti svislé osy (lineární)
Na
svislou lineární osu nanášíme hodnoty napěťového zesílení Au
[dB].
Do celkové délky svislé osy se musí vejít celý rozsah napěťového zesílení "Au" - viz "Tabulka naměřených hodnot".
Při
konstrukci grafu vycházíme z obecných výše uvedených zásad "Umístění
grafu na listu papíru", první odstavec.
Určení konkrétní velikosti (výšky) svislé osy:
výška listu papíru (v mm): 210 - 20 (rámeček 10+10mm) - 40 (horní konec osy
40mm pod rámečkem) = 150 mm
Rozsah krajních hodnot napěťového zesílení
"Au" (z "Tabulky naměřených hodnot")
Nejnižší hodnota: 20 dB
Nejvyšší hodnota: 34 dB
Rozsah zobrazovaných hodnot zesílení (v dB):
34 - 20 = 14
Velikost (výška) svislé osy: 150 mm
Od výšky svislé osy ještě navíc odečteme z každé
strany (ze spodu a z vrchu) 5 mm, takže na rozsah zobrazovaných hodnot zůstává čistá
velikost (výška)
svislé osy 140 mm
150-5-5=140 mm
Velikost 1 dB odpovídá rozměru 10 mm na svislé ose
140 : 14 = 10 mm
Příklad:
Na svislou osu začínáme nanášet hodnoty napěťového
zesílení "Au" takto:
Nejnižší hodnotu zesílení 20 dB naneseme na osu jako první 5 mm nad
počátkem soustavy souřadnic grafu (tj. nad bodem, kde se osy
"f"a "Au" protínají) a dál
pokračujeme dle "Au" z "Tabulky naměřených hodnot" s tím, co bylo
uvedeno - hodnotě 1 dB odpovídá výška 10 mm na svislé ose.
Další
hodnota zesílení, 26 dB, bude 60 mm nad hodnotou 20 dB (26 - 20 = 6 dB,
hodnota 6 dB odpovídá výšce
6.10 =60 mm).
Další hodnota "Au" z "Tabulky naměřených hodnot"
v pořadí je 27,2 dB. Postup je stejný - rozdíl hodnot zesílení činí 7,2
dB
(27,2 - 20 = 7,2 dB). Hodnotě 1 dB odpovídá výška 10 mm na svislé ose,
takže výška bodu na ose bude pro Au=27,2 dB 72 mm (10 .7,2=72
mm).
Kontrola celkové délky svislé osy: rozsah zobrazovaných hodnot zesílení
krát velikost 1dB 14.10 mm=140 mm
(viz výše - velikost ( výška)
svislé osy 140 mm
Závěr
Tento postup výpočtu a následující konstrukci logaritmické osy je možné aplikovat pro libovolný formát listu papíru.