使用PartSim進行交流分析

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

交流分析

交流電 (AC) 分析可用于通過改變輸入發(fā)電機的頻率來觀察電氣或電子電路的行為。通過這種方式，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。

使用調(diào)諧電路進行仿真

圖 1 顯示了一個典型的調(diào)諧電路，通常用于無線電接收器。它是在PartSim 網(wǎng)站上通過將電子元件從適當?shù)拿姘逋系綀D表上來創(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，因為它是自動設(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，因為它是自動設(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

這是一個典型的調(diào)諧電路，它具有接收某個無線電頻率同時消除所有其他頻率的功能。事實上，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頻率而表現(xiàn)不同。該電路對單一頻率(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

通過代入公式中的分量值，我們有：

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

模擬

現(xiàn)在讓我們通過在 PartSim 中運行 AC 仿真來了解實踐是否證實了理論。為此，必須在電路的輸出端設(shè)置一個“探針”，正好對應(yīng)電阻器和電容器與電感器之間的并聯(lián)連接。輸出信號在此時被拾取。也可以為該節(jié)點指定一個名稱——例如，“Out”——只需右鍵單擊相關(guān)連接并選擇菜單項“Set Net Name”?，F(xiàn)在按下“運行”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”是模擬的最高到達頻率。

“Total Points Per Decade”指定用于繪制圖形的點數(shù)，每十年;點越多，圖形越準確，分辨率越高。

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

圖 2：交流模擬的設(shè)置

AC 仿真發(fā)生在頻域，而不是時域。因此，在橫坐標軸上，刻度由頻率以對數(shù)格式表示(具有 10 Hz、kHz、MHz 等的冪)。按下“運行”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相對于輸入信號的相位趨勢。這方面在下一段有更好的解釋。

不同頻率下信號的相移

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

圖 4：輸出信號的相位和幅度變化，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)，兩個無功分量相互抵消，就好像它們不存在一樣，所以通過電阻器 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。由于其非常強大和快速的 SPICE 引擎，其結(jié)果的質(zhì)量和準確性處于最高水平。PartSim 的另一個特點(在圖 6 中可見)是它可以以下列格式之一導出結(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出。

審核編輯：湯梓紅