تبدیل فوریه سریع و تحلیل AC در LTSPICE

تبدیل فوریه، یکی از تبدیلات کاربردی مهم در مهندسی و به ویژه مهندسی برق و گرایشات آن شامل الکترونیک و مخابرات می‌باشد. در این مقاله قصد داریم تا با تبدیل فوریه سریع در نرم افزار LTSPICE آشنا شویم. می‌توانید برای آشنایی با مفهوم تبدیل فوریه، به مقاله “تبدیل فوریه و محاسبه آن”  مراجعه کنید.

تبدیل فوریه در LTSPICE

ابتدا مدار زیر را به عنوان مثال در نظر می‌گیریم:

پس از اجرای شبیه سازی، مقادیر زیر حاصل خواهند شد:

مقادیر DC در جدول بالا نشان داده شده است. باتوجه به این مقادیر، ترانزیستور ما وارد ناحیه اشباع شده است. در نتیجه مقاومت R1 را ۱۷۰۰ کیلو اهم در نظر می‌گیریم. همان‌طور که نشان داده شده است ولتاژ کلکتور ما ۵ ولت است.

اکنون تحلیل transient را با نوشتن دستور روبرو انجام می‌دهیم: (tran 0 1 0 10u.) برای گرفتن FFT باید زمان قابل قبولی را داشته باشیم در نتیجه در انتخاب زمان باید دقت کرد. هر چقدر زمان بیشتر باشد  مقدار FFT دقیق‌تر خواهد بود. حال خروجی را بر روی مقاومت R4 قرار می‌دهیم. همان‌طور که مشاهده می‌شود، ترانزیستور وارد ناحیه اشباع شده است. در نتیجه دامنه را به ۱۰ میلی ولت کاهش می‌دهیم.

حال خروجی را مجددا بررسی می‌کنیم، همان‌طور که مشاهده می‌شود نمودار سینوسی قابل قبولی بوجود آمده است.

برای گرفتن FFT (طیف فرکانسی) خروجی، ابتدا در قسمت tollbar به view رفته و سپس گزینه FFT را انتخاب می‌کنیم. سپس باید طیف فرکانسی لحظه‌ای که می‌خواهیم را مشخص کنیم که در این مثال خروجی ما (V(n003 می‌باشد.

در تصویر پایین، نحوه انتخاب FFT و خروجی مورد نظر را مشاهده می‌کنید:

نکته: برای آنکه به دقت بالاتری برسیم، stepها را بیشتر می‌کنیم. به عنوان مثال در اینجا ۲ میکرو ثانیه انتخاب می‌کنیم.
اکنون با انتخاب FFT و شبیه سازی خروجی داریم:

اکنون اگر از ورودی FFT بگیریم خواهیم داشت:

نکته: باید دقت کرد که با افزایش زمان، دقت نمودار بالاتر می‌رود اما زمان تحلیل آن طولانی‌تر می شود.

تحلیل AC در LTSPICE:

بطورکلی دو نوع تحلیل مهم در الکترونیک و برق وجود دارد: تحلیل AC و تحلیل DC. در هرکدام از این تحلیل‌ها، منابع AC یا DC بسته به نوع تحلیل مورد ارزیابی قرار می‌گیرد تا مقادیر ولتاژ، جریان و… مدنظر به دست آید.

برای انجام تحلیل AC در LTSPICE، ابتدا برروی منبع ولتاژ مورد نظر راست کلیک کنید. توجه داشته باشید که در پنجره بازشده در قسمت (small signal AC analysis(AC، در قسمت AC Amplitude همواره باید مقدار یک ولت را وارد کنیم تا گین برابر با خروجی باشد. سپس AC phase را صفر قرار می‌دهیم و پس از آن به بخش edit simulation CMD رفته و AC Analysis را انتخاب می‌کنیم. اکنون نوع سوئیپ را انتحاب می‌کنیم که معمولا Decede مدنظر ما بوده و انتخاب می‌کنیم. در قسمت number of points per decade تعداد نمونه‌هایمان را مشخص می‌کنیم که معمولا ۲۰ تا ۱۰۰ انتخاب می‌کنیم. اگر مقدار، ۱۰۰ انتخاب شود، عالی است.

اکنون شروع فرکانس را باید انتخاب کنیم. باید دقت کرد که در این بخش نمی‌توان صفر گذاشت و معمولا مقدار یک را قرار می‌دهیم. در آخر فرکانس قطع را می‌گذاریم. در این مثال ۱۰۰meg قرار می‌دهیم. 

اکنون با اجرا کردن شبیه ساز، تحلیل AC را انجام می‌دهیم. ولتاژ خروجی ما در تحلیل AC به شکل زیر به دست می‌آید:

نکته۱: منحنی فاز مدار بصورت خط نقطه چین بوده و خط کامل(بدون نقطه چین) منحنی دامنه می‌شود.
نکته۲: در واقع نمودار رسم شده، همان نمودار بود می‌باشد.

در این مقاله با تبدیل فوریه سریع و تحلیل AC در LTSPICE آشنا شدیم. می‌توانید به مقاله “آشنایی با شبیه ساز LTSPICE و آموزش کار با آن” جهت آشنایی با مقدمات LTSPICE مراجعه کنید. از اینکه همراه ما بودید سپاسگزاریم.