9.9 Анализ нелинейных искажений
Хорошо линеаризованный усилитель будет усиливать входной сигнал без каких-либо искажений на выходе. Но всегда есть ложные компоненты сигнала, которые добавляются в форме гармонических и интермодуляционных искажений.
Distortion Analysis используется для анализа искажений сигнала, которые могут быть не очевидны при использовании анализа переходного процесса. Искажения сигнала обычно следствие нелинейного усиления или фазовой неравномерности в схеме. Multisim симулирует гармонические и интермодуляционные искажения для аналоговых малосигнальных цепей.
Гармонические искажения
Усилитель с хорошей линейностью может быть описан следующей формулой:
Y = AX, где Y — выходной сигнал, X — входной сигнал, а А — усиление усилителя. Основное выражение, включающее термы высокого порядка, дано в следующем:
Y = AX + BX2 + CX3 + DX4 + …,
где В и С и т.д. — постоянные коэффициенты для слагаемых (термов) высшего порядка.
Второе слагаемое в уравнении выше известно, как компонент второго порядка, третий терм — компонент третьего порядка и т.д. Гармонические искажения могут анализироваться при добавлении спектрально чистого источника сигнала в разрабатываемую схему. Анализируя выходной сигнал и его гармоники, можно определить искажения. Multisim вычисляет узловые напряжения и токи в ветвях на частотах гармоник 2f и 3f и отображает результаты относительно входной частоты f, как если бы частота качалась в заданном пользователем диапазоне.
Интермодуляционные искажения
Intermodulation distortion обнаруживаются, когда два или более сигнала приходят на вход усилителя одновременно. В этом случае взаимодействие сигналов производит интермодуляционный эффект. Этот анализ будет определять узловые напряжения и контурные токи продуктов частот f1 + f2, f1 - f2 и 2f1 - f2 в зависимости от заданного пользователем «качания» частоты.
9.9.1 Приближение Multisim
Multisim симулирует и гармонические, и интермодуляционные (IM) искажения для аналоговых малосигнальных цепей. Для каждого AC источника в схеме вы устанавливаете параметры, используемые при этом анализе. Multisim определит узловые напряжения и контурные токи для каждой точки схемы. Для значений гармонических искажений используются вторая и третья гармоники. Для интермодуляционных искажений анализ рассчитывает значения на частотах ƒ1 + ƒ2, ƒ1 - ƒ2 и 2ƒ1 — ƒ2.
9.9.2 Подготовка схемы для анализа нелинейных искажений
Прежде, чем вы выполните анализ, вы должны определить, какие источники вы будете использовать. Параметры анализа нелинейных искажений устанавливаются для каждого источника независимо. Следуйте шагам ниже для каждого AC источника, который хотите использовать при анализе. При выполнении гармонического анализа используйте только шаги 1 и 2 ниже. Если вы хотите выполнить анализ интермодуляционных искажений,
National Instruments Corporation |
429 |
Multisim User Guide |
выполните все три шага.
►Чтобы установить опции источника для анализа нелинейных искажений:
1.Дважды щелкните по источнику.
2.На закладке Value выберите Distortion Frequency 1 Magnitude и задайте входную амплитуду и фазу.
3.На закладке Value выберите Distortion Frequency 2 Magnitude и задайте входную амплитуду и фазу. Используйте эту установку только, если вы хотите выполнить анализ интермодуляционных искажений.
9.9.3 Понимание опций Distortion Analysis
► Для запуска анализа выберите Simulate/Analyses/Distortion Analysis.
Прежде, чем выполнить анализ, просмотрите вашу схему и определитесь, использовать один или больше источников и один или больше узлов для анализа. Следующие параметры анализа нелинейных искажений устанавливаются, как показано в следующем диалоговом окне. Вы задаете диапазон частот для «качания» в Distortion Analysis, количество точек на интервал качания и вертикальную шкалу. Для анализа гармонических искажений оставьте F2/ F1 отношение без выделения. Эта опция используется только для анализа интермодуляционных искажений.
National Instruments Corporation |
430 |
Multisim User Guide |
9.9.4 Distortion Analysis для гармонических искажений
Чтобы проиллюстрировать установки и поведение этого анализа, мы используем следующую схему. Это пример двухтактного усилителя класса В.
► Для установок Distortion Analysis (для анализа гармонических искажений) следуйте шагам ниже:
1.Дважды щелкните по AC Source и выберите закладку Value:
•Выберите Distortion Frequency 1 Magnitude и установите входную амплитуду 4 V и оставьте фазу нулевой.
•Щелкните ОК.
2.Выберите Simulate/Analyses/Distortion Analysis.
3.Выберите закладку Analysis Parameters и установите следующее:
•Установите Start frequency (FSTART) в 1 Hz.
•Установите Stop frequency (FSTOP) в 100 MHz.
•Установите Sweep type в Decade.
•Установите Number of points per decade в 100.
•Установите Vertical scale в Decibel.
Примечание: Оставьте отношение F2/F1 не выбранным.
4.Выберите закладку Output.
•Выберите переменную «V(output)» и списка Variables in circuit.
•Щелкните Add. Переменная «output» переместится в список Selected variables for analysis.
5.Щелкните Simulate. Будет отображено два графика с результатами искажений по второй гармонике на первом и по третьей гармонике на другом.
National Instruments Corporation |
431 |
Multisim User Guide |
9.9.5 Distortion Analysis для интермодуляционных искажений
Этот пример также использует двухтактный усилитель класса В, показанный выше.
► Для установок Distortion Analysis (для анализа интермодуляционных искажений) следуйте шагам, описанным ниже:
1.Дважды щелкните по AC Source и выберите закладку Value:
•Выберите Distortion Frequency 1 Magnitude и установите входную амплитуду 4 V, а фазу оставьте нулевой.
•Выберите Distortion Frequency 2 Magnitude и установите входную амплитуду 4 V, а фазу оставьте нулевой.
•Щелкните по ОК.
2.Выберите Simulate/Analyses/Distortion Analysis.
3.Выберите закладку Analysis Parameters и установите следующее:
•Установите Start frequency (FSTART) в 100 Hz.
National Instruments Corporation |
432 |
Multisim User Guide |
•Установите Stop frequency (FSTOP) в10 MHz.
•Установите Sweep type в Decade.
•Установите Set the Number of points per decade в 100.
•Установите Vertical scale в Decibel.
•Установите флажок F2/F1 ratio и задайте значение 0.499997. Когда F1 будет достигнута при качании в анализе, частота изменится согласно этому значению отношения и установится начальное значение F1 (FSTART).
Примечание: Отношение F2/F1 должно быть больше 0 и меньше 1. Также это число должно быть иррациональным числом, но, поскольку точность компьютера конечна, это невозможно. Таким образом, самое лучшее использовать число с плавающей точкой с большим количеством значащих цифр.
4.Выберите закладку Output.
•Выберите переменную «V(output)» из списка Variables in circuit.
•Щелкните по Add. Переменная «V(output)» переместится в список Selected variables for analysis.
5.Щелкните по Simulate. Отобразится три графика с кривыми для частот F1 + F2, F1 – F2 и 2F1 – F2.
Примечание: F2 — продукт отношения (F2/F1 ratio) и начального значения F1 (FSTART).
Первый график рисует F1+F2 компоненту.
Заметьте, когда F1 достигает верхних частот (100K до 10M), если смешивается с F2 (50Hz), F1+F2 компонента существенно увеличивается по аплитуде. На этих частотах может понадобится фильтрование (если возможно), чтобы отделить компоненту F1+F2 от входного сигнала (на выходе схемы).
National Instruments Corporation |
433 |
Multisim User Guide |
Второй график рисует компоненту F1-F2.
Эта компонента очень похожа на отклик по F1+F2. Применим тот же анализ. Третий график изображает 2F1-F2 компоненту.
На третьем графике мы замечаем, что компонента 2F1-F2 больше по амплитуде, чем первые две (F1+F2 и F1-F2). Хотя амплитуда этой компоненты не велика, ее фильтрация может потребоваться.
National Instruments Corporation |
434 |
Multisim User Guide |