QUCS AC 해석 시뮬레이션QUCS AC 해석 시뮬레이션

QUCS AC Analysis : RLC Band Stop Filter

지난 포스트에서는 QUCS 의 기본적인 AC SImulation 방법에 대해 소개 하였습니다. 이번 포스트에서는

QUCS 의 Equation 기능을 사용하여 RLC Notch Filter 의 Gain 과 Phase 를 시뮬레이션으로 계산하는 방법

을 소개하겠습니다.

QUCS 사용법 관련 포스트는 회로 설명은 최소화 하고, QUCS 사용법을 중심으로 소개합니다. 궁금한 내용이 있으시면 댓글로 부탁드립니다.


AC 기본 해석

회로 소개 : RLC Notch Filter

아래는 QUCS 사용방법을 위해 저항, 커패시터, 인덕터를 사용한 Notch 필터입니다. 실제 실무에서 이런 회로를 사용하는 일은 없으니, QUCS 의 기능 설명 위주로만 봐주세요. 실제 실무에서 이런 회로를 사용하는 일이 없는 이유는 인덕터를 쓰는 것 자체가 가격 경쟁력이 떨어지기 때문이고, 저항과 커패시터 만으로도 설계가 가능합니다. 참고만 해주세요.

회로도 작성 및 네트명 설명

QUCS 에서 아래와 같이 회로도를 작성합니다. 회로도 작성에 유용한 단축키는 아래와 같습니다.

  • Ctrl + E : Wiring 배선 단축키
    • Mouse 우클릭 : Wiring 중에 마우스 우클릭하는 경우 배선의 경로가 변경
  • Ctrl + R : 부품 회전
  • Ctrl + G : 그라운드 삽입
  • Ctrl + L : 네트명 삽입

QUCS 회로도 작성QUCS 회로도 작성

Components 위치

위 회로에서 사용한 부품 위치는 아래와 같습니다.

  • Components Tap > Lumped Components
    • R1 : Resistor US
    • C1 : Capacitor
    • L1 : Inductor
  • Components Tap > Source
    • V1 : AC Voltage


시뮬레이션 블록 추가 및 설정

AC 시뮬레이션을 하기 위해 Components > Simulation 항목에서 AC Simulation 블록을 추가하고 아래 사진과 같이 속성을 변경 합니다. 

QUCS AC Simulation 블록 설정QUCS AC Simulation 블록 설정

시뮬레이션 블록 설정이 완료되면 F2 를 눌러 시뮬레이션을 실행 합니다. 


결과 보기 

시뮬레이션이 완료되면 diagram 에서 Cartesian 을 선택하여, 출력할 그래프에 Vout.v 를 추가하면 1 ~ 10kHz 의 입력 주파수 범위에서 Vout 출력의 변화를 확인 할 수 있습니다. 시뮬레이션 결과가 이쁘지 않아 위 AC Simulation 의 Stop 을 100kHz 로 변경 후 F2키를 눌러 다시 시뮬레이션을 실행하였습니다. 

그래프 설정에서 붉은색은 필수로 해야 하는 설정이고, 파란색은 취향대로 하시면 됩니다. 

RLC Notch 주파수 특성 결과RLC Notch 주파수 특성 결과


AC Simulation with Equation

지금까지 AC Simulation 을 사용하여 기본적인 주파수 특성을 해석하는 방법을 알아보았습니다. 하지만, 회로를 정량적으로 평하기 위해 필터에서는 Gain, Phase, Delay 등의 파라미터를 확인해야 합니다. Qucs 에서 지원하는 [각주:1]Equation 기능을 사용하여 다양한 수학적인 계산을 추가 할 수 있습니다. Equation 으로 지원되는 함수와 변수명 처리 방법은 F1키를 눌러 도움말을 참고하시면 됩니다. 아래 그림은 도움말에서 지원되는 함수와 변수명 규칙을 캡처한 화면입니다.

QUCS 지원 함수 목록QUCS 지원 함수 목록

QUCS Value 값 명명 규칙QUCS Value 값 명명 규칙

Equation 추가 및 설정

지난 회로도에서 상단 Toolbar 의 Equation 2개를 추가하여 각각 Gain 과 Phase Name 을 추가하고 아래 그림과 같이 Value 에 dB(), phase() 함수를 사용하여 수식을 입력 합니다. 주의 하실 점은 Vout.v 와 같이 어미의 v를 소문자로 입력하셔야 합니다. 소문자를 사용한 Vout.v 의 의미는 Vout 노드의 교류전압을 의미합니다.

  • Gain = dB(Vout.v/Vin.v)
  • Phase = phase(Vout.v/Vin.v)

QUCS Equation 삽입 및 설정QUCS Equation 삽입 및 설정

수식 입력이 완료되면 F2 를 눌러 시뮬레이션을 실행 합니다.


결과 보기 : Gain, Phase

시뮬레이션을 실행 후 Cartesian 을 2개 추가하여 각각 출력할 그래프에 Gain 과 Phase 를 추가합니다. 아래 사진에서 표시하지 않았지만, 그래프의 X축 모두 logarithmical 로 선택합니다.

QUCS Gain, Phase 출력QUCS Gain, Phase 출력

그래프 설정이 완료되면 위 그림과 같이 Gain 의 주파수 특성과 위상 특성을 함께 확인 할 수 있습니다. 


마무리

이번 포스트에서는 Equation 기능을 사용하여 회로의

Gain 과 Phase 를 계산

하는 법을 소개하였습니다. 이후 포스트에서는 Parameter Simulation 을 사용하여 소자의 값 변화에 따른 회로 특성 변화를 시뮬레이션 하는 방법에 대해 소개 할 예정입니다. 

끝까지 읽어 주셔서 감사합니다.😄


  1. QUCS Reference Manual : http://qucs.sourceforge.net/docs/tutorial/functions.pdf [본문으로]
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