Calcolo della distorsione armonica totale (THD) in SPICE

Un semplice metodo per misurare la distorsione armonica in SPICE è quello di ricorrere alla trasformata di Fourier. LTspice IV permette di eseguire agevolmente il calcolo della THD mediante la direttiva .four che, impiegata in associazione all’analisi del transitorio (transient analysis), permette di riportare nel file log di SPICE l’ampiezza di ciascuna armonica e il calcolo della distorsione armonica totale.

1. Calcolo della THD in SPICE

Al fine di ottenere una sufficiente accuratezza nel calcolo della distorsione armonica totale, è importante configurare l’analisi del transitorio affinché sia raccolto un sufficiente numero di punti. Ad esempio, supponendo di eseguire l’analisi del transitorio impiegando un segnale con frequenza di 1 kHz, la direttiva:

.tran 0 10m 0 5n
.options plotwinsize=0
.options numdgt=7

permette di ottenere un buon compromesso tra risoluzione e tempo di simulazione. In particolare, l’opzione plotwinsize=0 evita la compressione (con perdita di informazioni) dei campioni, mentre l’opzione numdgt=7 costringe SPICE ad eseguire i calcoli in doppia precisione.

Infine, per visualizzare il calcolo della distorsione armonica nel log di SPICE è sufficiente aggiungere la direttiva:

.four 1k V(out)

dove il parametro 1k indica la frequenza fondamentale, mentre V(out) indica il nodo d’interesse (in questo caso, il nodo out del circuito illustrato nell’esempio di fig. 1).

Una volta terminata la simulazione, è possibile visualizzare il file log selezionando View > SPICE Error Log, dal quale può essere visualizzato il calcolo della distorsione armonica totale al nodo d’uscita out.

La visualizzazione della finestra FFT (View > FTT), accessibile dalla finestra del grafico dell’analisi del transitorio, permette di visualizzare graficamente la composizione armonica del segnale presente in qualsiasi nodo del circuito. Con le direttive usate nell’esempio, l’ampiezza delle armoniche prodotte dal generatore sono praticamente trascurabili (inferiori a -330 dB), per cui l’analisi della distorsione del circuito in esame risulta considerevolmente precisa.