使用PartSim進(jìn)行交流分析

PartSim是一個(gè)基于 Web 的應(yīng)用程序，它允許您在線創(chuàng)建和模擬電子電路，而無(wú)需在您的計(jì)算機(jī)上安裝軟件。您只需要一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)連接和一個(gè)瀏覽器。在 PartSim 系列文章的第三篇中，我們將繼續(xù)探索這個(gè)強(qiáng)大的電子模擬系統(tǒng)所提供的可能性。

交流分析

交流電 (AC) 分析可用于通過(guò)改變輸入發(fā)電機(jī)的頻率來(lái)觀察電氣或電子電路的行為。通過(guò)這種方式，可以研究組件的頻率響應(yīng)，尤其是電感和電容的頻率響應(yīng)。通常，這種類型的分析用于放大器或濾波器的設(shè)計(jì)。

使用調(diào)諧電路進(jìn)行仿真

圖 1 顯示了一個(gè)典型的調(diào)諧電路，通常用于無(wú)線電接收器。它是在PartSim 網(wǎng)站上通過(guò)將電子元件從適當(dāng)?shù)拿姘逋系綀D表上來(lái)創(chuàng)建的。它由以下元素組成：

正弦電壓發(fā)生器 V1：它的電壓和頻率不是決定性的，因?yàn)樗亲詣?dòng)設(shè)置這些參數(shù)的模擬器

正弦電壓發(fā)生器 V1——它的電壓和頻率不是決定性的，因?yàn)樗亲詣?dòng)設(shè)置這些參數(shù)的模擬器

10-K 輸入電阻 R1 — 它影響電路的帶寬并決定 Q 因子

50mH 電感器 L2

1nF 電容器 C1

這是一個(gè)典型的調(diào)諧電路，它具有接收某個(gè)無(wú)線電頻率同時(shí)消除所有其他頻率的功能。事實(shí)上，它是一種特殊類型的帶通濾波器。

圖1：調(diào)諧電路接線圖

共振頻率

新創(chuàng)建的電路顯然在交流電狀態(tài)下工作，并且根據(jù)施加到其輸入的信號(hào)頻率而表現(xiàn)不同。該電路對(duì)單一頻率(諧振頻率)的響應(yīng)更好。在 RLC 電路中，諧振頻率是阻抗(感抗和容抗)的電抗分量相等并相互抵消時(shí)的頻率。在這種情況下，電路具有具有最小模量和零相位的純電阻特性。要計(jì)算電路的諧振頻率，可使用以下公式：

在哪里：

f是頻率，以赫茲表示

L為電感值，單位為亨利

C是電容器的值，以法拉表示

通過(guò)代入公式中的分量值，我們有：

換句話說(shuō)，在 22507.9079 Hz 的頻率下，電路變?yōu)榧冸娮?，并且最大信?hào)出現(xiàn)在其輸出端。

模擬

現(xiàn)在讓我們通過(guò)在 PartSim 中運(yùn)行 AC 仿真來(lái)了解實(shí)踐是否證實(shí)了理論。為此，必須在電路的輸出端設(shè)置一個(gè)“探針”，正好對(duì)應(yīng)電阻器和電容器與電感器之間的并聯(lián)連接。輸出信號(hào)在此時(shí)被拾取。也可以為該節(jié)點(diǎn)指定一個(gè)名稱——例如，“Out”——只需右鍵單擊相關(guān)連接并選擇菜單項(xiàng)“Set Net Name”。現(xiàn)在按下“運(yùn)行”按鈕并指定以下數(shù)據(jù)，如圖 2 所示：

“AC 分析”指定了模擬的類型。

“DEC”指定掃描類型，介于“Dec”、“Oct”和“Lin”之間。

“起始頻率”是模擬的最低起始頻率。

“停止頻率”是模擬的最高到達(dá)頻率。

“Total Points Per Decade”指定用于繪制圖形的點(diǎn)數(shù)，每十年;點(diǎn)越多，圖形越準(zhǔn)確，分辨率越高。

還可以查看或不查看信號(hào)相位圖，以伏特或分貝表示信號(hào)幅度，并以度或弧度指定相位的測(cè)量單位。

圖 2：交流模擬的設(shè)置

AC 仿真發(fā)生在頻域，而不是時(shí)域。因此，在橫坐標(biāo)軸上，刻度由頻率以對(duì)數(shù)格式表示(具有 10 Hz、kHz、MHz 等的冪)。按下“運(yùn)行”按鈕后，系統(tǒng)將仿真結(jié)果以圖形的形式顯示在屏幕上，如圖3所示。我們可以看到兩種類型的圖形：

圖 3：由 AC 仿真創(chuàng)建的圖形

上圖顯示了頻域中輸出信號(hào)的幅度。其最大峰值出現(xiàn)在諧振頻率處。

下圖顯示了輸出信號(hào)相對(duì)于輸入信號(hào)的相位趨勢(shì)。這方面在下一段有更好的解釋。

不同頻率下信號(hào)的相移

圖 4 中的圖表清楚地顯示了輸出信號(hào)的相位如何通過(guò)改變所檢查電路中的頻率而相對(duì)于輸入信號(hào)的相位發(fā)生變化。在諧振頻率下，輸出信號(hào)與輸入信號(hào)完全同相，幅度等于輸入信號(hào)的幅度。在 10 kHz 頻率下，輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的相位相差 68.623°，其幅度等于最大峰值的 36.4%。在 100 kHz 頻率下，輸出信號(hào)與輸入信號(hào)相差 –80.483°，其幅度等于最大峰值的 15.53%。為了更好地理解圖表，輸入信號(hào)已應(yīng)用了 1V 偏移。

圖 4：輸出信號(hào)的相位和幅度變化，改變輸入頻率

電阻 R1 上的電流

在諧振頻率(在我們的例子中，等于 22507.9079 Hz)，兩個(gè)無(wú)功分量相互抵消，就好像它們不存在一樣，所以通過(guò)電阻器 R1 的電流為零，從圖中可以看出圖 5 中的波形圖。在這種電氣狀態(tài)下，輸出電壓處于最大值。

圖 5：在諧振頻率下，流經(jīng)電阻器 R1 的電流為零。

結(jié)論

您使用 PartSim 的次數(shù)越多，您就越欣賞這種電子模擬環(huán)境。由于其非常強(qiáng)大和快速的 SPICE 引擎，其結(jié)果的質(zhì)量和準(zhǔn)確性處于最高水平。PartSim 的另一個(gè)特點(diǎn)(在圖 6 中可見)是它可以以下列格式之一導(dǎo)出結(jié)果：

文本文件

XLS

CSV文件

為此，只需單擊圖表右上角的菜單并選擇所需的格式。在這種情況下，還可以將圖形導(dǎo)出為 SVG 矢量格式，可以與最重要的圖形軟件一起使用。

圖 6：仿真結(jié)果可以以不同格式導(dǎo)出。

審核編輯：湯梓紅