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Eseguire un'analisi AC in LTspice

Eseguire un'analisi AC in LTspice

LTspice è capace di eseguire diversi tipi di simulazioni. Probabilmente la più usata è la simulazione transitoria, che permette al progettista di valutare il tempo di risposta del circuito. Un altro tipo di simulazione capace di rilevare la frequenza di risposta del circuito con un attento esame è l’analisi o simulazione AC.

Mentre la simulazione transitoria è adatta sia ai circuiti lineari che non, l’analisi AC si esegue solo sui circuiti lineari. La ragione è che LTspice o altri simulatori spice sfruttano modelli di breve segnale lineare di tutti i componenti al fine di eseguire una simulazione AC. Poiché il numero di circuiti lineari puri è molto grande (molti circuiti includono solo induttori, condensatori e diodi) è logico concentrarsi sul come eseguire una simile analisi in ambiente LTspice.

Il segnale lineare viene frazionato dal complesso di nodi di voltaggio come una funzione di frequenza. Per prima cosa si individua il punto operativo DC. Poi, vengono individuati modelli di segnale corto per dispositivi non lineari. In fine viene individuato il risultante circuito linearizzato. Questa modalità di analisi è molto utile per filtri, reti, analisi di stabilità ecc.

Filtro low pass Basic RC
Ora simuleremo e visualizzeremo la frequenza di risposta di un filtro RC base. Per fare questo avviare LTSpice e disegnare il circuito di sotto:


Figura 1 –Filtro RC Basic

Un elemento menzionato nel precedente articolo su LTspice è la net label. Nello schema precedente sono utilizzate due net label una di “Input” e l’altra “Output”. La net label assegna un nome noto o meno alla rete a cui è collegata. Per default LTspice usa nomi come n001, n002, n003 ecc. per le reti nello schema in un ordine che per l’uomo che progetta non ha un particolare significato. Tuttavia, usando le net label si può scegliere il nome della rete, il che facilita quando si ha a che fare con una serie di onde, ed agevola l’individuazione di nodi d’interesse. Per posizionare la net label bisogna usare il pulsante corretto disponibile sulla barra principale dell’interfaccia utente:

Figura 2 – Net label

Per eseguire una simulazione AC, si deve preparare una delle sorgenti di voltaggio in anticipo. Dopo aver posizionato la fonte di voltaggio nello schema, fare click col tasto destro del mouse e nella finestra che si apre inserire il valore di 5V nella finestra messaggio “AC Amplitude”:


Figura 3 – Preparare una fonte di voltaggio per la simulazione AC

Una volta disegnato il nuovo schema aprire la finestra “Edit Simulation Command” (dal menù principale selezionare Simulate->Edit Simulation Cmd) e selezionare la tab “AC Analysis”. Sono disponibili varie opzioni. Selezionare il tipo di sweep, che in molti casi di simulazione di circuito è in base dieci. Inserire il numero di punti di stima per ogni decade(da 1kHz a 10kHz c’è una decade, da 10kHz a 100kHz c’è un’altra decade e così via).

Bisogna poi scegliere la frequenza di partenza e quella finale. Si tratta di una scelta importante, essendo i limiti entro cui oscilleranno i valori del circuito. In questo caso particolare scegliere l’intervallo compreso tra 1 kHz e 10 MHz. Quando si clicca su OK apparirà una scritta sul puntatore del mouse. Inserire il testo nello schema cliccando sul foglio di lavoro.


Figura 4 – Impostazione dei parametric dell’analisi AC

E’ ora giunto il momento di avviare la simulazione per vedere i risultati. L’applicazione viene lanciata allo stesso modo descritto nell’articolo precedente, e quando termina (per questo schema dovrebbe essere istantaneo) viene visualizzata una finestra di messaggio. Mostrare l’ampiezza di segnale nel filtro output:


Figura 5 – Ampiezza di segnale presso il filtro output

Dal momento che si tratta di un filtro, siamo interessati a vedere come esso attenua il segnale nel suo input, in modo da vedere il rapporto tra ampiezza del segnale di input ed ampiezza del segnale di output. Al fine di organizzare un simile rapporto cliccare sul tasto destro del mouse sul testo “V(output)” nella finestra di messaggio e così si avvierà la finestra di dialogo Expression Editor.
Inserire qui la formula che si desidera tracciare; cambiare il testo nella finestra di messaggio in:


Figura 6 – Formula che si desidera tracciare

Una volta inserita la formula desiderata, fare click su OK ed il plot verrà aggiornato:


Figura 7 –Plot aggiornato

Il plot ora mostra due cose importanti per un circuito: il rapporto tra ampiezza di segnale dell’output del filtro ed ampiezza di segnale di input del filtro (linea) e la relazione tra le fasi dei due segnali (linea tratteggiata). Come previsto, si può notare che a frequenze molto basse il rapporto tra ampiezza di input ed output è 0dB (il che significa che non sono simili in termini non- logaritmici), poiché il condensatore agisce da uscita ed il filtro da resistenza.

Aprire l’ Expression editor ancora cliccando col tasto destro del mouse sul nome del segnale visualizzato ed assegnando al primo cursore la forma d’onda nel “Attached cursor” combo box:


Figura 8 – Collegare il cursore

Una volta cliccato su OK viene visualizzato un cursore sul plot, muoverlo cliccando(e tenendo) il puntatore mouse nel punto d’intersezione tra cursore e linea verde:


Figura 9 – Plot con cursore allegato alla forma d’onda

Viene aperta una piccola finestra che indica le coordinate del cursore sui due assi. Muovere il cursore fino a quando non si apre la finestra che mostra le coordinate ed indica la magnitudine(“Mag” textbox) di -3dB.


Figura 10 – Finestra che mostra le coordinate del cursore

A questo punto si dovrebbe essere in grado di leggere e visualizzare la frequenza limite nel “Freq” textbox: approssimativamente 5.28 kHz.

Leggi la versione inglese: Performing AC Analysis in LTspice

 

 

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