LTspice Analisi nel dominio della frequenza

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1 LTspce Anals nel dmn della frequenza (versne del ) rettva.ac L anals nel dmn della frequenza è attvata medante la drettva.ac che ha la frma seguente:.ac tp n-punt fmn fmax dve tp può essere ln = varazne lneare ct = varazne per ttave dec = varazn per decad n-punt ndca l numer ttale d punt nel cas d varazne lneare ppure l numer d punt per ttava per decade fmn e fmax sn le frequenze mnma e massma n LTspce è pssble utlzzare anche la frma:.ac lst elenc frequenze 2

2 rettva.ac Prma d esegure l anals nel dmn della frequenza l prgramma esegue autmatcamente un anals del punt d lavr n cntnua (.p) Se nel crcut sn present sa generatr snusdal sa generatr n cntnua, l anals n cntnua vene eseguta azzerand generatr snusdal e l anals nel dmn della frequenza è eseguta azzerand generatr n cntnua Se sn present cmpnent nn lnear, per esegure l anals nel dmn della frequenza l crcut vene lnearzzat nell ntrn del punt d lavr rsultat dell anals sn sgnfcatv se l apprssmazne lneare è accettable (cè n regme d pccl segnal) 3 Generatr snusdal Per assegnare valr a generatr d tensne d crrente snusdal, ccrre seleznare l pulsante advanced nella fnestra d dalg che cmpare clccand sul smbl del cmpnente nserre valre dell ampezza (n vlt ampere) e della fase (n grad) nelle caselle AC Ampltude e AC Phase s può mettere la fase se l su valre è zer E pssble assegnare all stess generatre sa un valre n cntnua (utlzzat per l anals del punt d lavr) sa un valre n alternata (usat per l anals nel dmn della frequenza) Spess l anals nel dmn della vene utlzzata per la determnazne d funzn d rete n quest cas nrmalmente a generatr s assegna ampezza untara e fase nulla 4

3 Funzn d rete S cnsdera un crcut cn un sl ngress (cè un sl generatre) Per funzne d rete s ntende l rapprt tra l fasre d una varable (tensne crrente) d uscta e l fasre della varable d ngress (tensne crrente del generatre) Se le varabl d ngress e d uscta sn relatve alla stessa prta la funzne d rete è detta anche funzne d mmettenza (mpedenza ammettenza) Se le varabl d ngress e d uscta sn relatve a prte dverse la funzne d rete è detta funzne d trasferment 5 Funzn d mmettenza Per un crcut cn un sl ngress l rapprt tra fasr della tensne e della crrente del generatre è dett mpedenza d ngress (Z ) e l su recprc è dett ammettenza d ngress (Y ) Z Y Nel cas d una rete 2-prte cllegata tra un generatre un mpedenza d carc Z, s defnscn anche mpedenza d uscta (Z ) l rapprt tra fasr della tensne e della crrente alla prta 2 valutat cn l generatre azzerat e ammettenza d uscta (Y ) l su recprc Z S 0 Y S 0 (S ndca la grandezza mpressa, tensne crrente, del generatre) 6

4 Funzn d mmettenza mpedenza d ngress Z mpedenza d uscta n crtcrcut Z G 0 mpedenza d uscta a vut Z G 0 7 Funzn d trasferment n generale, sa l ngress che l uscta pssn essere una tensne (, ) una crrente (, ) Qund s pssn defnre quattr tp d funzne d trasferment Guadagn d tensne A Guadagn d crrente A mpedenza d trasferment ZT Ammettenza d trasferment YT 8

5 Guadagn d ptenza Per un due prte cllegat tra un generatre e un mpedenza d carc, s defnsce guadagn d ptenza l rapprt tra la ptenza attva ceduta al carc e la ptenza attva frnta dal generatre A P P P L G Re Re * * 9 Espressne de guadagn n decbel l decbel (db) è una untà lgartmca cnvenznale utlzzata per esprmere l rapprt tra due ptenze (es. guadagn d ptenza) P2 APdB 10lg10 10lg10 AP P 1 Nel cas d rapprt tra due tensn due crrent (es. guadagn d tensne d crrente) s pssn esprmere valr n db cnsderand le ptenze che le tensn le crrent svlupperebber se applcate a resstenze d uguale valre 2 2 / R 2 AdB 10lg10 20lg lg10 A / R A db 1 R lg10 20lg lg10 A R1 1 Per rapprt tra ptenze l ceffcente mltplcatv è 10, per rapprt tra tensn crrent è

6 Nte valr n decbel sn sempre quanttà admensnal dat che dervan da rapprt tra grandezze mgenee qund nn s utlzzan valr n decbel per le mpedenze le ammettenze d ngress d trasferment valr n decbel de guadagn frnscn sl le nfrmazn relatve alle ampezze (le nfrmazn sulle fas devn essere ndcate a parte) un valre pstv del guadagn n db ndca che s ha amplfcazne un valre negatv del guadagn n db ndca che l segnale n uscta è attenuat 11 alr n db d quanttà nn admensnal E pssble esprmere valr n db anche d quanttà nn admensnal cnsderand l rapprt cn un pprtun valre d rferment n quest cas s deve specfcare l untà d msura Esemp db (db lt) = valre n db del rapprt tra una tensne e la tensne d rferment d 1 db 20lg10 dbm (db mllwatt) = valre n db del rapprt tra una ptenza e la ptenza d rferment d 1 mw P P dbm mw 10lg P dbm 10 ( P mw ) 10lg 10 ( P W ) 30 12

7 sualzzazne de rsultat d un anals n frequenza n LTspce sn dspnbl tre mdaltà per vsualzzare grandezze cmplesse agramm d Bde: vengn vsualzzat l mdul e la fase per l mdul sn dspnbl tre pzn valr n db valr n scala lneare valr n scala lgartmca agramm cartesan: vengn vsualzzate la parte reale e la parte mmagnara agramm d Nyqust: vene rprtata la parte reale sull asse delle ascsse e la parte mmagnara sull asse delle rdnate 13 sualzzazne de rsultat d un anals n frequenza Ne dagramm d Bde la rappresentazne della fase è cntrllata medante la casella Unravel Branch Wrap se la casella nn è attvata la fase è rappresentata nell ntervall tra 180 e 180, qund n alcun cas l grafc può rsultare dscntnu se la casella è attvata valr nn sn lmtat all ntervall tra 180 e 180 Nell anals n frequenza nn è pssble vsualzzare drettamente le ptenze cme nelle anals n cntnua nel dmn del temp E cmunque pssble ttenere grafc delle ptenze scrvendne le espressn Per numer cmpless sn dspnbl le funzn Re(x), m(x): parte reale e mmagnara d x Mag(x), Ph(x): mdul e fase d x cnj(x): cnugat d x 14

8 Anals d un crcut n regme snusdale Crcut utlzzat cme esemp L 1 = 20 mh R 2 = 20 C 2 = 25 F C 3 = 25 F R 4 = 100 L 4 = 50 mh v G (t) cs( t 34) = 1000 rad/s etermnare fasr delle crrent e delle tensn de cmpnent, le ptenze attve e reattve assrbte dalle mpedenze, la ptenza attva a reattva ergata dal generatre 15 Sluzn 1 8j A 1 8 A arg( 1 ) j A A arg( 2 ) j A A arg( 3 ) R4 22j A R A arg( R4 ) 135 L4 44j A L A arg( L4 ) arg( 1 ) j arg( 2 ) R2 0j R arg( R2 ) 135 C2 80j C arg( C2 ) j arg( 3 ) j arg( 4 ) 135 P 1 0 W Q 1 = 640 AR P 2 80 W Q 2 = 160 AR P 3 0 W Q 3 = 800 AR P W Q 4 = 800 AR P G 480 W Q G = 480 AR 16

9 1-AC-1.asc Anals d un crcut n regme snusdale L1 C3 A B C G AC {120*sqrt(2)} mH 25µF R2 20 C2 25µF R4 100 L4 50mH.ac lst {500/P} Se s assegna una sla frequenza vene vsualzzata una tabella cntenente fasr (n mdul e fase) delle tensn d nd e delle crrent de cmpnent 17 Anals d un crcut n regme snusdale Se s assegna una sla frequenza vene generata una tabella cntenente le ampezze e le fas delle tensn d nd e delle crrent de cmpnent: --- AC Analyss --- frequency: Hz (a): mag: phase: 135 vltage (b): mag: phase: vltage (d): mag: phase: vltage (c): mag: phase: vltage (C3): mag: phase: devce_current (C2): mag: phase: devce_current (L4): mag: phase: devce_current (L1): mag: phase: devce_current (R4): mag: phase: devce_current (R2): mag: phase: devce_current (g): mag: phase: devce_current 18

10 2-AC-2.asc Anals d un crcut n regme snusdale L1 C3 A B C G AC {120*sqrt(2)} mH 25µF R2 20 C2 25µF R4 100 L4 50mH.ac lst {500/P} {500/P+1e-9} Per usare l wavefrm vewer ccrre assegnare pù frequenze. Se nteressa smulare l crcut ad una sla frequenza s pssn ndcare due valr pratcamente cncdent. 19 Anals d un crcut n regme snusdale n quest cas medante l wavefrm vewer è pssble vsualzzare fasr delle tensn e delle crrent n mdul e fase se s mpsta la rappresentazne d tp Bde (lneare) n parte reale e mmagnara se s mpsta la rappresentazne cartesana S può vsualzzare un mpedenza nserend cme espressne nel wavefrm vewer l rapprt tra la tensne e la crrente Per es., per ttenere l mpedenza vsta dal generatre (15+15j ) nserre -(A)/(G) ppure (A)/(L1) Nn è pssble msurare drettamente le ptenze, ma s può nserre nel wavefrm vewer l espressne della ptenza cmplessa Per es, per ttenere la ptenza cmplessa ergata dal generatre nserre -0.5*(A)*cnj((G)) 20

11 3-RLC-sere.asc mpedenza d un bpl RLC sere A R1 L1 C1 1 10hm 5mH 5µF AC 1 0.ac ln Hz 2kHz (A) cncde (numercamente) cn l'mpedenza del bpl RLC-parallel.asc Ammettenza d un bpl RLC parallel A 1 R1 L1 C mH 50µF AC 1 0.ac ln Hz 2kHz -(1) cncde (numercamente) cn l'ammettenza del bpl Assegnare l valre 0 alla resstenza sere dell'nduttre (l cu valre predefnt è 1 mllhm) 22

12 5-A-Zn.asc Calcl del guadagn d tensne e dell'mpedenza d ngress C2 A = (ut) / (n) Zn = (n) / (C1) 47pF R2 n C1 R1 100k Out 1µF 1 AC k R3 100k E RL 10.ac dec 100 1Hz 1MegHz at n = 1, la tensne (ut) numercamente cncde cn l guadagn d tensne 23 7-NL-1.asc Anals AC d un crcut nn lneare n R1 50 C1 1µF Out L1 100mH R2 1k Bas n 1 bas AC step bas m.ac lst 1MegHz 24

13 Anals AC d un crcut nn lneare l prgramma esegue nzalmente un anals.p per determnare l punt d lavr n questa anals l cndensatre s cmprta cme un crcut apert l nduttre s cmprta cme un crtcrcut Qund l crcut s semplfca nel md seguente Out R2 Bas l valre della crrente del dd è fssat dal valre della tensne d plarzzazne bas 1 1k bas 25 Anals AC d un crcut nn lneare Nell anals AC l dd vene lnearzzat nell ntrn del punt d lavr, qund vene rappresentat cn una resstenza dfferenzale T r dve è la crrente del dd nel punt d rps Nell anals AC l generatre bas, per cu nn è stat assegnat un valre AC, s cmprta cme un crtcrcut Alla frequenza d 1 MHz l cndensatre ha un mpedenza mlt pccla, qund s cmprta pratcamente cme un crtcrcut L nduttre ha un mpedenza mlt grande, qund s cmprta pratcamente cme un crcut apert 26

14 Anals AC d un crcut nn lneare al punt d vsta del generatre n, n crcut s cmprta cme l seguente n n R1 50 AC 1 0 Out r La tensne ut (che cncde numercamente cl guadagn d tensne, dat che n = 1) è data da v ut v n r R r 1 v n T R1 T v n T R 1 T 27 Anals AC d un crcut nn lneare Cme verfca, è pssble ttenere l rsultat precedente elmnand l generatre AC e facend una sere d anals.p del crcut Per vsualzzare l guadagn d tensne per pccl segnal s può nserre nel wavefrm vewer la sua espressne n funzne d A T R 1 T che, cn valr cnsderat nell esemp dvene: 26m / (50*(1) + 26m) 28

15 7-NL-2.asc Anals AC d un crcut nn lneare etermnazne del punt d lavr Out L1 R2 Bas 1 100mH 1k bas 0.p.step bas m E' pssble vsualzzare l guadagn per pccl segnal nserend l'espressne: 26m/(26m+50*(1)) 29