QUCS AC Analysis, Equation - RLC Notch Filter Gain, Phase

QUCS 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.

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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 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 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 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 목록

QUCS 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 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 출력

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

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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.😄

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