シミュレーションの結果について、FFT（Fast Fourier transform）を行うことができます。今回は電圧源（Voltage）で三角波、正弦波などの信号を発生しFFTにより高調派の成分を確認してみます。
三角波の作成
OPアンプなどを利用して三角波発生回路をつくり回路をシミュレートするのが本来ですが、今回は、電圧源のPWLの機能を利用して三角波を作ります。三角波の発生回路は今後別に取り上げます。
電圧源の設定
V oltageをマウスの右ボタンでクリックし、Advancedボタンをクリックし、次のVoltage Sourceの設定画面を表示します。
PWL(t1 v1 t2 v2)の欄をマウスでクリックし電圧源をPWLで設定します。
図に示すように、0ms 0V 0.5ms 5V 1ms 0V 1.5ms 5Vというように、5ms 0Vまで設定します。
1.5ms以上のデータを追加するため「Additional PWL points」のボタンをクリックして、次に示す設定点を追加するウィンドウを表示し、5msまでの組み合わせを追加します。
設定を終えると、シミュレーションのstop時間を5msに設定してシミュレーションを行います。
グラフィックの表示画面を選択し、メニュー・バーにViewが表示されます。このViewを選択すると、次に示すドロップダウン・リストの中にFFTがあります。このFFTを選択します。またはグラフ表示の画面をマウスの右ボタンでクリックし表示されるメニュー中にもFFTがあります。
FFTを選択し、次に示すFFTによる解析の対象のデータを選択します。V1の出力になるV(n001)を選択し、OKボタンをクリックするとFFTを実行します。
次に示すように、1kHzの基本波のピークがあり、その後3kHz 、5kHzと奇数倍の高調波が認められます。
三角波は、基本周波数と同じ正弦波と基本周波数の奇数倍の高調波で構成されます。
正弦波の場合
1kHz 1Vの正弦波の処理の結果です。1kHZの基本波の成分が大部分を占めています。
奇数倍の高調波が認められますが、基本波の成分に比べれば極わずかです。
基本波と高調波の大小の確認
正弦波の基本波と高調波の大小関係をわかりやすく確認できるように、スケールをリニア表示にしました。スケールをマウスでクリックして設定の変更画面でDecibelのチェックをLinearに変更しました。
リニアのスケールにすると、高調波は0のラインに小さな点が見えるくらいでよくわかりません。変動の大きな信号はデシベル表示のスケールにすると1/100の大きさでもそれらの信号が存在することをしっかり表示でき、便利です。
パルス波について
同様に1kHzのピーク値1Vのパルス波についても確認してみました。
出力波形は、電圧波形も電流波形も重なり同じになっています。FFTの対象は電圧データです。
パルス波、オンとオフ比率を50％と50％にするため立ち上がり、立ち下がりの時間を1ｎとパルス波形に比べ極めて小さな値に設定しました。
パルス波は偶数、奇数倍両方の高調波が含まれているのがよくわかります。
2ｋHzの場所にもピークがあり、1kHzの基本周波数の倍の偶数倍の高調波確認できます。
神崎康宏