Multisim에서 AC 분석 구성

Multisim은 회로 동작을 검사하기 위한 포괄적인 SPICE 분석 제품군을 제공합니다. 이러한 분석은 기본에서 정교함까지 다양합니다. 각 분석은 구성 요소 공차 및 민감도의 영향과 같은 중요한 정보를 얻는 데 도움이 됩니다. 각 분석에 대해 Multisim에 정확히 무엇을 어떻게 분석할지 알려주는 설정을 지정해야 합니다.

Multisim은 구성 창을 제공하여 고급 분석 절차를 단순화합니다. 이는 SPICE 구문 및 분석 구성과 관련된 복잡성을 추상화 합니다. 이 창에서는 관심있는 매개 변수 값과 출력 노드를 지정하기 만 하면 됩니다.

이 튜토리얼은 National Instruments SPICE Analysis Fundamentals 시리즈의 일부입니다 . 이 시리즈의 각 튜토리얼은 Multisim. 강력한 시뮬레이션 및 분석에서 사용할 수 있는 다양한 SPICE 분석을 구성하고 실행하는 방법에 대한 단계별 지침을 제공하는 동시에 SPICE 구문의 복잡성을 추상화 합니다.

1. 소개

AC 분석은 회로의 소신호 응답을 계산하는 데 사용됩니다. AC 분석에서는 모든 비선형 구성 요소에 대한 선형 소신호 모델을 얻기 위해 DC 작동 지점을 먼저 계산합니다. 그런 다음 등가 회로가 시작부터 중지 주파수까지 분석됩니다. AC 분석의 결과는 이득 대 주파수와 위상 대 주파수의 두 부분으로 표시됩니다.

Multisim은 다음 프로세스를 사용하여 AC 분석을 수행합니다.

1. DC 동작점 분석은 소신호 모델을 얻기 위해 수행됩니다.
2. 실수와 허수 성분을 모두 포함하는 복잡한 행렬이 생성됩니다. Multisim은 다음 접근 방식을 사용하여 이 행렬을 구성합니다.

• DC 소스에는 0 값이 제공됩니다.
• AC 소스, 커패시터 및 인덕터는 AC 모델로 표시됩니다.
• 비선형 구성 요소는 DC 작동 지점 솔루션에서 파생된 선형 AC 소신호 모델로 표현됩니다.
• 모든 입력 소스는 정현파로 간주되며 해당 주파수는 무시됩니다.
• 함수 발생기가 정사각형 또는 삼각 파형으로 설정된 경우 내부적으로 사인파 파형으로 자동 전환됩니다.

3. AC 회로 응답은 주파수 함수로 계산됩니다.

가정: 분석은 작은 신호인 아날로그 회로에 적용됩니다. 디지털 구성 요소는 접지에 대한 큰 저항으로 취급됩니다.

 

2. AC 분석 실행

그림 1에 표시된 회로를 고려하십시오. 이것은 차단 주파수가 500Hz이고 통과 대역 이득이 10 (20dB)인 4차 버터 워스 저역 통과 필터(Butterworth low-pass filter)입니다. 이 회로는 [1]에서 가져왔습니다. AC 분석을 사용하여 주파수 응답을 결정합니다.

그림 1. 버터 워스 저역 통과(Butterworth loww-pass) 필터

 

AC 분석을 구성하고 실행하려면 다음 단계를 완료하십시오.

1. 다운로드 섹션에 있는 개방 회로 파일 butterworth_filter.ms11을 엽니다.
2. 오실로스코프 전면 패널을 열고 시뮬레이션을 실행합니다.
3. 시뮬레이션을 중지하고 AC_VOLTAGE 소스 Vin의 주파수를 변경합니다. 다른 값으로 실험하여 회로의 동작을 확인하십시오. 회로는 500Hz 이상의 주파수를 감쇠시킵니다.
4. 시뮬레이션을 중지하십시오.

크기 및 위상에 대한 특정 값으로 분석을 수행하려면 입력 소스 Vin을 두 번 클릭하고 값 탭으로 이동하여 AC 분석 크기 및 AC 분석 단계에 대한 값을 입력합니다. 이 연습에서는 각각 기본값 인 1V 및 0 °를 사용합니다. 값 탭의 추가 설정은 다른 분석이나 기기 시뮬레이션에 사용됩니다.

5. 시뮬레이션»분석»AC 분석을 선택합니다. AC 분석 창이 열립니다. 표 1에서는 Frequency Parameters 탭에 대해 자세히 설명합니다.

표 1. AC 분석에 사용되는 매개 변수.

매개 변수	의미
시작 주파수 (FSTART)	주파수 스윕의 시작 주파수. 0보다 커야 합니다.
정지 주파수 (FSTOP)	주파수 스위프의 종료 주파수. 시작 주파수보다 크거나 같아야 합니다.
스윕(Sweep) 유형	분석 빈도가 스윕되는 방식을 나타냅니다. 세 가지 옵션이 있습니다. Decade 로그 스윕 (10진 단위). Octave: 옥타브 단위로 로그 스윕. Linear: 선형 스윕.
10 년당 포인트 수	스윕의 포인트 수. 해석은 Sweep Type에 따라 다릅니다. Decade/Octave의 경우 10 진/옥타브 당 포인트 수입니다. 선형의 경우 시작 주파수에서 중지 주파수까지 균등하게 간격을 둔 총 포인트 수입니다.
수직 스케일	출력 그래프에서 y축 배율을 제어합니다.

참고: SPICE에서 AC 분석을 수행하는 명령의 형식은 다음과 같습니다: .AC <F_SWEEP> <POINTS> <F_START> <F_STOP>

여기서 .AC는 AC 분석을 초기화합니다. <F_SWEEP>는 스윕 유형입니다. <POINTS>는 스윕의 포인트 수입니다. <F_START> 및 <F_STOP> 은 각각 시작 및 중지 주파수입니다. 이는 표 1에 정의된 것과 동일한 매개 변수이지만 Multisim에서는 복잡한 SPICE 구문에 대해 걱정할 필요가 없습니다.

6. 그림 2와 같이 주파수 매개 변수를 구성합니다. 기본값으로 재설정 버튼을 클릭하여 모든 매개 변수를 기본값으로 재설정 할 수 있습니다.

그림 2. AC 분석을 위한 주파수 매개 변수.

그림 2에 표시된 매개 변수는 1~10, 10~100, 100~1,000, 1,000~10,000의 4개의 하위 간격으로 1~10,000Hz의 주파수 스윕를 사용하여 AC 분석을 수행합니다. 각 하위 간격에는 10개의 포인트가 있습니다. 계산된 포인트 수가 많을 수록 결과가 더 정확해 집니다.

7. 출력 탭을 선택합니다.
8. 회로 목록의 변수를 선택하고 드롭 다운 목록에서 모든 변수를 선택한 다음 목록에서 V (out)를 강조 표시합니다.
9. 추가 버튼을 클릭하여 아래와 같이 분석을 위해 선택한 변수 아래의 오른쪽으로 변수를 이동합니다.

그림 3. AC 분석을 위한 출력 변수.

10. 시뮬레이션을 클릭합니다. 그래프 보기 창이 열립니다. 결과는 그림 4에 표시됩니다.

그림 4. AC 분석 결과.

11. 보기»커서 표시를 선택합니다. Magnitude 플롯의 왼쪽에는 커서 세트가 있습니다. 그 중 하나를 클릭하고 오른쪽으로 끌어 커서 정보 대화 상자에서 변경 사항을 확인합니다. 커서를 사용하여 정확한 측정을 수행할 수 있습니다.

추가 예제 파일인 low_pass_filters.ms11 은 다운로드 섹션에서 찾을 수 있습니다. 이 파일에는 두 개의 하위 회로가 포함되어 있습니다. 캐스케이드(Cascade)의 4 차 저역 통과 필터와 이전 연습에서 사용된 버터 워스 필터입니다. AC 분석을 실행하여 크기 응답을 비교합니다.
 

참고 문헌

[1] Electirc Circuits, James W. Nilsson, Pearson Prentice Hall, 2005, ISBN 0-13-146592-9.