PartSim：交流分析

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

交流分析

通過改變輸入發(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。

調(diào)諧電路仿真

圖 1 說明了一個典型的調(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(dāng)?shù)拿姘逋系綀D表上來生成的。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，因為它是自動設(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。

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

新設(shè)計的電路在交流電狀態(tài)下運行，并根據(jù)施加到其輸入端的信號頻率而表現(xiàn)不同。該電路對單一頻率更敏感，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

通過替換公式中的組件值，我們有：

換句話說，在 22507.9079 Hz 的頻率下，電路變?yōu)榧冸娮?，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 仿真來確定實踐是否證實了該理論。為此，必須在電路的輸出端設(shè)置一個“探頭”，正好對應(yīng)電阻器和電容與電感之間的并聯(lián)。此時拾取輸出信號。也可以為該節(jié)點分配一個名稱——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。

“每十年的總點數(shù)”指定用于繪制圖表的點數(shù)，每十年；點越多，圖形越準確，分辨率越高。

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

上圖顯示了頻域中輸出信號的幅度。它的最大峰值出現(xiàn)在諧振頻率處。

下圖顯示了輸出信號相對于輸入信號的相位趨勢。這方面在下一段中有更好的解釋。

不同頻率信號的相移

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，并且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 的頻率下，輸出信號與輸入信號的相位相差 –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。