PartSim：交流分析

PartSim 是一款基于 Web 的应用程序，无需在计算机上安装软件即可创建和模拟电子电路。您只需要一个互联网连接和一个浏览器。在 PartSim 系列的第三篇文章中，我们将继续探索这个强大的电子仿真系统所提供的潜力。

交流分析

通过改变输入发生器的频率，交流电流分析（AC 分析）可用于观察电气或电子电路的行为。以这种方式，可以研究组件的频率响应，特别是电感和电容的频率响应。这种类型的分析通常用于放大器或滤波器的设计。

调谐电路仿真

图 1 说明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生成的。它由以下组件组成：

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；

10-K输入电阻R1：影响电路的带宽，决定Q因数；

50-mH 电感器 L2；

1nF 电容器 C1。

这是一个典型的调谐电路，它接收特定的无线电频率，同时拒绝所有其他频率。它是一种特殊的带通滤波器。

新设计的电路在交流电状态下运行，并根据施加到其输入端的信号频率而表现不同。该电路对单一频率更敏感，即谐振频率。RLC 电路中的谐振频率是阻抗（感抗和容抗）的电抗分量相等并相互抵消的频率。在这种情况下，电路表现为纯电阻，具有最小模量和零相位。以下公式用于计算电路的谐振频率：

在哪里：

f 是频率，以赫兹表示

L 是电感值，以亨利表示

C 是电容器的值，以法拉为单位

通过替换公式中的组件值，我们有：

换句话说，在 22507.9079 Hz 的频率下，电路变为纯电阻，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 仿真来确定实践是否证实了该理论。为此，必须在电路的输出端设置一个“探头”，正好对应电阻器和电容与电感之间的并联。此时拾取输出信号。也可以为该节点分配一个名称——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。

“每十年的总点数”指定用于绘制图表的点数，每十年；点越多，图形越准确，分辨率越高。

也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，刻度以对数格式的频率表示（以 10 Hz、kHz、MHz 等为单位）。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 仿真创建的图表

上图显示了频域中输出信号的幅度。它的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。这方面在下一段中有更好的解释。

不同频率信号的相移

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，并且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 的频率下，输出信号与输入信号的相位相差 –80.483°，其幅度等于最大峰值的 15.53%。为了更好地理解图表，已将 1V 偏移应用于输入信号。

图 4：输出信号的相位和幅度变化，输入频率变化

电阻 R1 上的电流

在谐振频率下（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，因此通过电阻器 R1 的电流为零，从图 5 中的波形图。在这种电气状态下，输出端的电压处于最大值。

图 5：流经电阻器 R1 的电流在谐振频率处为零。

结论

您使用 PartSim 的次数越多，您就越喜欢这种电子仿真环境。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：

TXT

XLS

CSV

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：仿真结果可以不同格式导出。

审核编辑 黄昊宇