使用PartSim进行交流分析

PartSim是一个基于 Web 的应用程序，它允许您在线创建和模拟电子电路，而无需在您的计算机上安装软件。您只需要一个互联网连接和一个浏览器。在 PartSim 系列文章的第三篇中，我们将继续探索这个强大的电子模拟系统所提供的可能性。

交流分析

交流电 (AC) 分析可用于通过改变输入发电机的频率来观察电气或电子电路的行为。通过这种方式，可以研究组件的频率响应，尤其是电感和电容的频率响应。通常，这种类型的分析用于放大器或滤波器的设计。

使用调谐电路进行仿真

图 1 显示了一个典型的调谐电路，通常用于无线电接收器。它是在PartSim 网站上通过将电子元件从适当的面板拖到图表上来创建的。它由以下元素组成：

正弦电压发生器 V1：它的电压和频率不是决定性的，因为它是自动设置这些参数的模拟器

正弦电压发生器 V1——它的电压和频率不是决定性的，因为它是自动设置这些参数的模拟器

10-K 输入电阻 R1 — 它影响电路的带宽并决定 Q 因子

50mH 电感器 L2

1nF 电容器 C1

这是一个典型的调谐电路，它具有接收某个无线电频率同时消除所有其他频率的功能。事实上，它是一种特殊类型的带通滤波器。

图1：调谐电路接线图

共振频率

新创建的电路显然在交流电状态下工作，并且根据施加到其输入的信号频率而表现不同。该电路对单一频率(谐振频率)的响应更好。在 RLC 电路中，谐振频率是阻抗(感抗和容抗)的电抗分量相等并相互抵消时的频率。在这种情况下，电路具有具有最小模量和零相位的纯电阻特性。要计算电路的谐振频率，可使用以下公式：

在哪里：

f是频率，以赫兹表示

L为电感值，单位为亨利

C是电容器的值，以法拉表示

通过代入公式中的分量值，我们有：

换句话说，在 22507.9079 Hz 的频率下，电路变为纯电阻，并且最大信号出现在其输出端。

模拟

现在让我们通过在 PartSim 中运行 AC 仿真来了解实践是否证实了理论。为此，必须在电路的输出端设置一个“探针”，正好对应电阻器和电容器与电感器之间的并联连接。输出信号在此时被拾取。也可以为该节点指定一个名称——例如，“Out”——只需右键单击相关连接并选择菜单项“Set Net Name”。现在按下“运行”按钮并指定以下数据，如图 2 所示：

“AC 分析”指定了模拟的类型。

“DEC”指定扫描类型，介于“Dec”、“Oct”和“Lin”之间。

“起始频率”是模拟的最低起始频率。

“停止频率”是模拟的最高到达频率。

“Total Points Per Decade”指定用于绘制图形的点数，每十年;点越多，图形越准确，分辨率越高。

还可以查看或不查看信号相位图，以伏特或分贝表示信号幅度，并以度或弧度指定相位的测量单位。

图 2：交流模拟的设置

AC 仿真发生在频域，而不是时域。因此，在横坐标轴上，刻度由频率以对数格式表示(具有 10 Hz、kHz、MHz 等的幂)。按下“运行”按钮后，系统将仿真结果以图形的形式显示在屏幕上，如图3所示。我们可以看到两种类型的图形：

图 3：由 AC 仿真创建的图形

上图显示了频域中输出信号的幅度。其最大峰值出现在谐振频率处。

下图显示了输出信号相对于输入信号的相位趋势。这方面在下一段有更好的解释。

不同频率下信号的相移

图 4 中的图表清楚地显示了输出信号的相位如何通过改变所检查电路中的频率而相对于输入信号的相位发生变化。在谐振频率下，输出信号与输入信号完全同相，幅度等于输入信号的幅度。在 10 kHz 频率下，输出信号与输入信号的相位相差 68.623°，其幅度等于最大峰值的 36.4%。在 100 kHz 频率下，输出信号与输入信号相差 –80.483°，其幅度等于最大峰值的 15.53%。为了更好地理解图表，输入信号已应用了 1V 偏移。

图 4：输出信号的相位和幅度变化，改变输入频率

电阻 R1 上的电流

在谐振频率(在我们的例子中，等于 22507.9079 Hz)，两个无功分量相互抵消，就好像它们不存在一样，所以通过电阻器 R1 的电流为零，从图中可以看出图 5 中的波形图。在这种电气状态下，输出电压处于最大值。

图 5：在谐振频率下，流经电阻器 R1 的电流为零。

结论

您使用 PartSim 的次数越多，您就越欣赏这种电子模拟环境。由于其非常强大和快速的 SPICE 引擎，其结果的质量和准确性处于最高水平。PartSim 的另一个特点(在图 6 中可见)是它可以以下列格式之一导出结果：

文本文件

XLS

CSV文件

为此，只需单击图表右上角的菜单并选择所需的格式。在这种情况下，还可以将图形导出为 SVG 矢量格式，可以与最重要的图形软件一起使用。

图 6：仿真结果可以以不同格式导出。

审核编辑：汤梓红