Střídavá analýza

Uvázka střídavé alanýzy jednoduchého lineárního modelu (jednostupňový zesilovač SE s neblokovaným emitorovým odporem - zjednodušeno).

[Maple Bitmap]  

>    zes:=" zesilovač
V 1 0 AC
C1 1 2
CB 2 3
RB 2 3
RE 3 0
RC 4 0
Gm 4 3 2 3
.end":

Pro výpočet střídavé analýzy lze použít buď "klasickou" ac analýzu nebo "tf" analýzu, která na rozdíl od programu SPICE vrací Laplaceovy obrazy uvedených veličin. Laplaceův operátor je značen písmenem "s". Je nutné aby alespoň u jednoho nezávislého zdroje vyla definována střídavá (ac) hodnota, jinak výsledky vyjdou nulové. V našem případě je velikost zadaná symbolickou hodnotou "V" (zadání zdroje je ekvivalentní zápisu V 1 0 AC V).

>    napeti:=PraCAn(zes, tf, SAVE=nodes);

napeti := {v(

Zde se nejedná o řešení symbolické, ale jelikož nebyly zadané žádné hodnoty součástek, je výsledný tvar symbolický. Lze také zadat jen hodnoty některých součástek, potom dosteneme výsledek v číselné podobě a velikost nezadaných prvků bude nahrazena jejich identifikátory.  

Vypočítáme napěťový přěnos z uzlu "1" do uzlu "4".

>    P:=simplify(subs(napeti,v("4")/v("1")));

P := -Gm*C1*s*RC*RB/(RE*C1*s+1+RB*C1*s+RB*CB*s+Gm*RB*RE*C1*s+RB*RE*CB*s^2*C1)

Výsledek si můžeme, pro přehlednost, ještě uspořádat podle mocnin s .

>    P:=collect(P,s);

P := -Gm*C1*s*RC*RB/(1+RB*RE*CB*s^2*C1+(RE*C1+RB*C1+RB*CB+Gm*RB*RE*C1)*s)

Pokud si necháme vypsat jednotlivé proměnné, dotaneme jednak všechny symbolicky zadané prvky a jednak i operátor s , který vyplývá ze střídavé analýzy.

>    GetVariables();

{V, C1, CB, s, RB, RE, RC, Gm}

Dosadíme numercké hodnoty do výrazu pro přenos a dále I*omega  za s  a dostáváme výslednou komplexní funkci jedné proměnné, vyjadřující kmitočtové vlastnosti přenosu.

>    hodnoty:={C1=1e-6,CB=1e-7,RB=10e3,RC=5e3,RE=500,Gm=0.01}:

>    Pn:=evalf(subs(hodnoty,subs(s=I*2*Pi*f,P)));

Pn := -3.141592654*I*f/(1.-.1973920881e-4*f^2+.3864158964*I*f)

Pokud použijeme funkci TF2AC , lze výše uvedený vztah dostat "snadněji".

>    subs(hodnoty,TF2AC(P));

-3.141592654*I*f/(1.-.1973920881e-4*f^2+.3864158964*I*f)

Pokud požadujeme frekvenční charakteristiku je nejjednodušší použít přímo střídavou (ac) analýzu. Samozřejmě dostaneme stejný výsledek.

>    v4ac:=subs(hodnoty,PraCAn(zes, ac, SAVE=v("4")));

v4ac := {v(

Výpočet modulu a fáze přenosu.

>    modul:=simplify(evalc(abs(Pn))):

>    faze:=simplify(evalc(argument(Pn))):

Následuje vykreslení modulové charakteristiky.

Vykreslení modulové charakteristiky

Vyčíslení hodnoty modulu přenosu (v dB) pro konkrétní kmitočet.

>    20*log10(evalf(subs(f=1e3,modul)));

18.19169621

Následuje zjednodušování přenosu při různých podmínkách.

>    Ps:=simplify(limit(P,{C1=infinity,CB=0}));

Ps := -Gm*RC*RB/(RE+RB+Gm*RB*RE)

Následující výsledek je už známý.

>    Ps_pribl:=limit(P,Gm=infinity);

Ps_pribl := -RC/RE

Není samozřejmě možné dělat podmínky typu x >> y. MAPLE je matematický program a nelze ho přinutit dělat přibližná zjednodušení.

Následuje ukázka výpočtu fázorů pro daný obvod pro harmonický ustálený stav.

Periodický harmonický ustálený stav

Následuje ukázka analýzy elementárního obvodu s induktivní vazbou.  

Obvod s induktivní vazbou

>   

Periodický neharmonický ustálený stav

>