LSA2, Kleinsignal-Analyse im Frequenzbereich

Die LSA2 ist eine Kleinsignal-Analyse im Frequenzbereich (LAiFD), die im Gegensatz zur LSA
keine Reduktion auf einen 4-Pol durchführt. Die Ergebniss-Spektren können an jedem einzelnen
Knoten der Schaltung mit einem Scope-Element ausgelesen werden. Die Test-Signale werden
mittels Signal-Generatoren als Spektrum an den gewünschten Knoten eingespeisst. Dabei können
als Scope-Elemente der interne Single-Channel-Scope und der Dual-Channel-Scope verwendet
werden. Andere Scope-Elemente zeigen hier nichts an. Als Signal-Generator ist hier nur der
interne Volt-Signal-Generator verwendbar.
Als allgemeine Einstellungen werden die AnalyserSettings, die für Dyna benutzt werden, verwendet.
Man stellt hier TimeRange (T) und NumberOfTimeSteps (N) ein. Dann ergibt sich für die Frequenz-
Auflösung df = 1/T, und für die Sample-Frequenz fs = N*df. Die Schrittweiten-Steuerung muß aus-
geschaltet sein.

Schauen wir uns die Schaltung DocSamples/test_lsa2_RC.circ an:

Ich habe eingestellt: für TimeRange = 1ms und für NumberOfTimeSteps = 20000. Das ergibt für die
Frequenzschrittweite df = 1kHz und für die Sample-Frequenz fs = 20Mhz. Es werden also die Frequenzen
von 0 bis 10Mhz in Schritten von 1kHz gerechnet.

Beim Signal-Generator verwenden wir den Typ SpecRect und stellen für den Frequenzbereich 0 bis 10Mhz
ein:

Wir benutzen für SpecRect also den gesamten verfügbaren Frequenzbereich bis 10Mhz. Statt des Signals
wird hier das Signal-Spektrum logarithmisch in der Frequenzachse dargestellt (View Spec Abs ausgewählt).
Der Signal-Generator erzeugt bei der LSA2 immer mittels einer FT aus dem Zeitsignal ein komplexwertiges
Spektrum, welches am Anschluss-Knoten dann eingespeisst wird. Bei der Dyna wird das Signal direkt
verwendet.
Beim Dual-Scope stellen wir bei Scope-Mode Spectrum Abs ein. Der Scope zeigt dann das von der LSA2
berechnete Spektrum direkt an.

Nach Ausführung der LSA2 (Menü:Analysis/Start Lowsignal 2) öffnet der Scope folgenden Chart:

Man sieht, dass wie beim RC-Glied üblich, die Spektral-Amplitude am Kondensator mit der Frequenz sinkt.
Auch die Spannung von Sig 1 bricht etwas ein, was am Innenwiderstand von 1kOhm liegt.

Interssant wird es, wenn wir folgendes Test-Signal einstellen:

Beim Scope stellen wir nun den Scope-Mode Oszilloscop und X-Achse linear ein. C1 setzen wir auf 10nF.
Wir Starten erst eine LSA2 und dann eine Dyna. Die Ergebnisse beider Analysen sehen so aus:

Die Ergebnisse der LSA2 (links) und der Dyna sind praktisch identisch. Bei der LSA2 wird das Test-Signal erstmal
fouriertransformiert, als Spektrum eingespeisst, dann werden die komplexwertigen Spannungen aller Knoten im
Frequenzbereich berechnet, um dann vom Scope gelesen und mittels IFT wieder in eine Zeitfunktion verwandelt
zu werden. Bei der Dyna wird das Test-Signal direkt angelegt und eine dynamische Analyse im Zeitbereich (Lösen
von Differntial-Gleichungen) durchgeführt, und der Scope kann das Ergebniss direkt als Zeitfunktion ausgeben.
Die Scopes als auch die Signal-Generatoren führen automatisch die richtigen Transformationen durch (FT, IFT, None),
abhängig von der Art der Analyse (LSA2, Dyna) und der Scope-Mode-Einstellung.
Wenn man lineare Schaltungen analysiert, werden LSA2 und Dyna praktisch die selben Ergebnisse liefern. Vorraussetzung
ist natürlich, das man für Dyna die Zeitschrittweite (T/N) klein genug einstellt, und die Schaltung erstmal einschwingen
läßt (hier Recording at Time = 1ms). Die Ergebnisse der LSA2 sind ja als im eingeschwungenen (stationären) Zustand zu
betrachten, alle Signale werden als periodisch mit der Frequenz 1/T  angesehen.

Hier noch das Beispiel DocSamples/test_lsa2_ELine.circ:

Als Test-Signal ist wieder ein Trapez eingestellt, der Scope zeigt die Zeit-Funktion aus der IFT an, nachdem
eine LSA2 durchgeführt wurde:

Da die Leitung an beiden Enden praktisch offen ist (Sig1.Ri = 10kOhm), verhält Sie sich wie das oben
benuzte RC-Glied.
Eine Dyna ist mit dem hier benutzten Leitungs-Modell (LSAonly, keine Differential-Gleichung verfügbar)
nicht möglich.

Das LSA-Analyser-Element (Analyser 1) habe ich nur zur Kontrolle (ob die LSA2 mit der LSA übereinstimmt)
mit eingefügt.

Die LSA2 ist, wenn man stationäre lineare Probleme im Zeitbereich studieren möchte, die bessere Wahl als
die Dyna. Sie ist genau (df legt die Anzahl der Ergebnisspunkte fest) und benötigt auch weniger Rechenaufwand.
Außerdem können auch LSAonly-Modelle verwendet werden.
Die LSA2 könnte man sich auch als Gegenstück zur Dyna, in den Frequenzbereich transformiert, vorstellen.
Die LSA2 ist auch ein direkter Spezialfall der GAiFD. Die sehr rechenintensive GAiFD erlaubt nämlich auch
die Analyse nichtlinearer Schaltungen (Mixer, Demodulatoren etc.) im Frequenzbereich.

Zurück zur Hauptseite