MultisimでのAC分析の構成

更新しました May 30, 2021

Multisimは、回路の動作を調べるためのSPICE分析の包括的な機能を備えています。これらの分析は、基本的なものから高度なものまでさまざまです。各分析は、コンポーネントの許容誤差や感度の影響などの貴重な情報を取得するのに役立ちます。分析ごとに、Multisimに何をどのように分析するかを正確に設定する必要があります。

Multisimは、構成ウィンドウを提供することにより、高度な分析の手順を簡素化します。これにより、SPICE構文と分析の構成に関連する複雑さが抽象化されます。このウィンドウで行うことは、パラメータ値と対象の出力ノードを指定するだけです。

このチュートリアルは、 National Instruments SPICE Analysis FundamentalsSeriesの一部ですこのシリーズの各チュートリアルでは、SPICE構文の複雑さを抽象化しながら、Multisimで利用可能なさまざまなSPICE分析を構成および実行する方法について段階的に説明します。

1.はじめに

AC解析は、回路の小信号応答を計算するために使用されます。 AC解析では、最初にDC動作点が計算され、すべての非線形コンポーネントの線形小信号モデルが取得されます。次に、等価回路を開始周波数から停止周波数まで分析します。 AC解析の結果は、ゲインと周波数、および位相と周波数の2つの部分で表示されます。

Multisimは、次のプロセスを使用してAC分析を実行します。

  1. DC動作点分析は、小信号モデルを取得するために実行されます。
  2. 実数成分と虚数成分の両方を含む複雑な行列が作成されます。 Multisimは、次のアプローチを使用してこのマトリックスを作成します。
  • DC電源にはゼロ値が与えられます。
  • AC電源、コンデンサ、インダクタは、ACモデルで表されます。
  • 非線形コンポーネントは、DC動作点ソリューションから導出された線形AC小信号モデルによって表されます。
  • すべての入力ソースは正弦波であると見なされ、それらの周波数は無視されます。
  • 関数発生器が正方形または三角形の波形に設定されている場合、内部で正弦波に自動的に切り替わります。
  1. AC回路の応答は、周波数の関数として計算されます。

前提条件:分析は、アナログ回路の小信号に適用されます。デジタルコンポーネントは、グランドに対する大きな抵抗として扱われます。

 

2.AC分析の実行

図1に示す回路について考えてみます。これは、カットオフ周波数が500 Hz、通過帯域ゲインが10(20 dB)の4次バターワースローパスフィルターです。この回路は参考文献[1]から取られました。 AC解析を使用して、その周波数応答を決定します。

図1. バターワースローパスフィルター

 

AC分析を構成して実行するには、次の手順を実行します。

  1. ダウンロードセクションにある回路ファイルbutterworth_filter.ms11を開きます。
  2. オシロスコープ(XSC1)のフロントパネルを開き、シミュレーションを実行(F5)します。
  3. シミュレーションを停止し、 AC_VOLTAGEソースVinの周波数を変更します。さまざまな値を試して、回路の動作を確認してください。回路は500Hzを超える周波数を減衰させます。
  4. シミュレーションを停止します。

強度と位相の特定の値を使用して分析を実行する場合は、入力ソースVinをダブルクリックし、[Value]タブに移動して、[AC analysis Magnitude]と[AC analysis phase]の値を入力します。この演習では、デフォルト値の1Vと0°をそれぞれ使用します。 [Value]タブの追加設定は、他の分析または機器でのシミュレーションに使用されます。

  1. Simulate→Analyses→AC Analysisを選択します。 AC Analysisウィンドウが開きます。 表1に、[Frequency Parameters]タブの詳細を示します。

表1. AC分析で使用されるパラメーター。

パラメータ

意味

Start frequency(FSTART)

周波数掃引の開始周波数。ゼロより大きくなければなりません。

Stop frequency(FSTOP)

周波数掃引の終了周波数。開始周波数以上である必要があります。

Sweep Type

分析頻度がどのようにスイープされるかを示します。 3つのオプションがあります。

  1. Decade:ログスイープ、Log10単位。
  2. Octave:ログスイープ、オクターブ単位。
  3. Linear:線形スイープ。

Number of points per decade

スイープ内のポイントの数。解釈はスイープタイプによって異なります。ディケード/オクターブの場合はディケード/オクターブあたりのポイント数です。線形の場合は開始周波数から停止周波数まで等間隔に配置されたポイントの総数です。

Vertical scale

出力グラフのy軸スケーリングを制御します。

注: SPICEでは、 AC分析を実行するコマンドの形式は次のとおりです。

.AC <F_SWEEP> <POINTS> <F_START> <F_STOP>

.ACがAC分析を初期化する場所; <F_SWEEP>はスイープタイプです。 <POINTS>は、スイープ内のポイントの数です。 <F_START><F_STOP>は、それぞれ開始周波数と停止周波数です。これらは表1で定義されたものと同じパラメーターであることに注意してください。ただし、Multisimでは、複雑なSPICE構文について心配する必要はありません。

  1. 図2に示すように、周波数パラメータを設定します。 [Reset to default]ボタンをクリックすると、すべてのパラメータをデフォルト値にリセットできます。

図2. AC分析の周波数パラメーター。

図2に示すパラメーターは、1〜10、10〜100、100〜1,000、および1,000〜10,000の4つのサブインターバルで1〜10,000Hzの周波数掃引でAC分析を実行します。各サブインターバルには10ポイントがあります。計算されるポイントの数が多いほど、結果はより正確になります。

  1. [Output]タブを選択します。
  2. [Variable in circuit]リストを選択し、ドロップダウンリストから[All variables]を選択して、リストから[V(out)]を選択します。
  3. [Add]ボタンをクリックして、右側のSelected variables for analysisの下に変数を移動します

図3. AC分析の出力変数。

  1. [Simulate]をクリックします。 Grapher Viewウィンドウが開きます。結果を図4に示します。

図4. AC分析結果。

  1. [View]→ [Show Cursors]を選択します。Magnitudeプロットの左側に、カーソルのセットが表示されます。それらの1つをクリックし、それを右にドラッグして、カーソル情報ダイアログの変化を観察します。カーソルを使用して正確な測定を行うことができます。

追加のサンプルファイルlow_pass_filters.ms11がダウンロードセクションにあります。このファイルには、2つのサブサーキットが含まれています。カスケードの4次ローパスフィルターと、前の演習で使用したバターワースフィルターです。 AC解析を実行して、それらの振幅応答を比較します。
 

参考文献

[1] Electric Circuits、James W. Nilsson、Pearson Prentice Hall、2005、ISBN0-13-146592-9。