PartSim：交流分析

PartSim 是一款基于 Web 的應(yīng)用程序，無(wú)需在計(jì)算機(jī)上安裝軟件即可創(chuàng)建和模擬電子電路。您只需要一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)連接和一個(gè)瀏覽器。在 PartSim 系列的第三篇文章中，我們將繼續(xù)探索這個(gè)強(qiáng)大的電子仿真系統(tǒng)所提供的潛力。

交流分析

通過(guò)改變輸入發(fā)生器的頻率，交流電流分析（AC 分析）可用于觀察電氣或電子電路的行為。以這種方式，可以研究組件的頻率響應(yīng)，特別是電感和電容的頻率響應(yīng)。這種類型的分析通常用于放大器或濾波器的設(shè)計(jì)。

調(diào)諧電路仿真

圖 1 說(shuō)明了一個(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)生成的。它由以下組件組成：

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；

10-K輸入電阻R1：影響電路的帶寬，決定Q因數(shù)；

50-mH 電感器 L2；

1nF 電容器 C1。

這是一個(gè)典型的調(diào)諧電路，它接收特定的無(wú)線電頻率，同時(shí)拒絕所有其他頻率。它是一種特殊的帶通濾波器。

新設(shè)計(jì)的電路在交流電狀態(tài)下運(yùn)行，并根據(jù)施加到其輸入端的信號(hào)頻率而表現(xiàn)不同。該電路對(duì)單一頻率更敏感，即諧振頻率。RLC 電路中的諧振頻率是阻抗（感抗和容抗）的電抗分量相等并相互抵消的頻率。在這種情況下，電路表現(xiàn)為純電阻，具有最小模量和零相位。以下公式用于計(jì)算電路的諧振頻率：

在哪里：

f?是頻率，以赫茲表示

L?是電感值，以亨利表示

C?是電容器的值，以法拉為單位

通過(guò)替換公式中的組件值，我們有：

換句話說(shuō)，在 22507.9079 Hz 的頻率下，電路變?yōu)榧冸娮瑁畲笮盘?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)確定實(shí)踐是否證實(shí)了該理論。為此，必須在電路的輸出端設(shè)置一個(gè)“探頭”，正好對(duì)應(yīng)電阻器和電容與電感之間的并聯(lián)。此時(shí)拾取輸出信號(hào)。也可以為該節(jié)點(diǎn)分配一個(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”?，F(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。

“每十年的總點(diǎn)數(shù)”指定用于繪制圖表的點(diǎn)數(shù)，每十年；點(diǎn)越多，圖形越準(zhǔn)確，分辨率越高。

也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，刻度以對(duì)數(shù)格式的頻率表示（以 10 Hz、kHz、MHz 等為單位）。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)建的圖表

上圖顯示了頻域中輸出信號(hào)的幅度。它的最大峰值出現(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)。這方面在下一段中有更好的解釋。

不同頻率信號(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，并且幅度等于輸入信號(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 的頻率下，輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的相位相差 –80.483°，其幅度等于最大峰值的 15.53%。為了更好地理解圖表，已將 1V 偏移應(yīng)用于輸入信號(hào)。

圖 4：輸出信號(hào)的相位和幅度變化，輸入頻率變化

電阻 R1 上的電流

在諧振頻率下（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，因此通過(guò)電阻器 R1 的電流為零，從圖 5 中的波形圖。在這種電氣狀態(tài)下，輸出端的電壓處于最大值。

圖 5：流經(jīng)電阻器 R1 的電流在諧振頻率處為零。

結(jié)論

您使用 PartSim 的次數(shù)越多，您就越喜歡這種電子仿真環(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(jiàn)）是它可以以下列格式之一導(dǎo)出結(jié)果：

TXT

XLS

CSV

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)果可以不同格式導(dǎo)出。

審核編輯 黃昊宇