在电路分析与设计中考虑一个正弦源

让我们回到19世纪80年代，当时尼古拉·特斯拉和托马斯·爱迪生正在发动洋流之战。这两个长期不和的发明家之间的竞争最终让位于城市地区广泛的配电系统。特斯拉最终赢得了胜利，交流电力系统将成为在最小损失的情况下长距离分配电力的主要方法。

交流电源是现代配电的基础，但许多其他设备也使用交流信号或由交流信号供电。在电路分析中，设计师和工程师需要能够考虑电路对正弦源响应的工具。正确的模拟工具可以帮助设计者检查电路如何响应交流电压或电流源，并根据需要修改其设计。

在电路分析中考虑一个正弦源

有许多重要的电路分析任务涉及到电路对交流信号的响应。对于涉及交流电源的电路，可以进行几种分析。这些分析包括在时域和频域的几个任务。有些任务在频域比在时域更容易执行，这意味着你需要检查电路对不同频率的源是如何响应的。

在SPICE模拟中，您可以很容易地包括一个正弦源(交流源)在您的模拟，无论是作为电流源或电压源。除了一个正弦电流源，一个强大的电路模拟器允许您在一个电路中包括多个正弦源，允许您探索您的电路如何响应调制(即，拍频或幅度/频率调制)。这对于设计不需要转换为数字信号的简单解调器电路是有用的。

超越单个正弦信号，您可以检查您的电路如何响应更专门的输入，如频率调制、相位调制、啁啾或色散信号。如果你熟悉傅里叶分析，你就会知道这些波形和脉冲可以通过计算频域的傅里叶变换在时域中定义，反之亦然。一个强大的SPICE软件包将为您提供相当大的自由度来计算电路对任意波形的响应。

由SPICE模拟器产生的时域信号

了解和使用频率扫描

在电路分析中，扫过正弦源的频率范围，可以检查电路对不同频率源的响应情况。带有GUI的SPICE模拟器允许您分析电路在一个频率范围内的行为。您可以指定最小和最大频率值，以及这些值之间的步数。

一旦将探头放置在电路的不同位置，频率扫描将产生显示这些位置电压和电流随频率变化的图。你会收到一个显示振幅的图，另一个显示电路中电压和电流的相位。这样就可以确定电路的这部分元件在哪个频率上表现出电容阻抗或电感阻抗。

一旦进行了频率扫描，就可以得到响应谱(振幅和相位)，并使用它来构建一个波德图。这个标准图很好地总结了电路对不同频率的响应，可以比线性图显示更多的信息，特别是在滤波器和放大器设计中。

匹配网络的阻抗谱

在分析由交流源驱动的电路时，一个重要的任务是确定电路的阻抗谱。电容器和电感具有复杂的电抗而不是电阻，电路元件施加的电抗取决于驱动频率的值。在高速设计中，确定电路的阻抗谱有助于为电路的某一部分或互连线设计阻抗匹配网络。

这对于抑制阻抗不连续的信号反射是很重要的，在高速电路中阻抗不连续会导致信号完整性问题。阻抗谱允许您确定电路在特定频率的准确阻抗。这包括计算电路中特定元件或一组元件的电压和电流，然后可以用欧姆定律计算阻抗。

天线设计只是电路分析中对正弦源使用阻抗匹配的一个方面

一旦确定了感兴趣频率的阻抗，就可以开始为该电路设计阻抗匹配网络。有几种类型的匹配网络。当设计匹配网络时，你需要计算新的阻抗与连接匹配网络在频率感兴趣。然后，您可以调整电路的电阻值到刚好合适的值，使电路匹配到所需的阻抗。

在涉及谐波源的简单电路中，一些时域和频域分析很容易在纸上进行，而使用SPICE包可以简化更复杂电路的时域和频域分析。的OrCAD PSpice软件模拟器从节奏允许您在电路分析中包括一个正弦源，并为许多应用程序自动化许多重要的分析。这个独特的软件包适合复杂PCB设计直接与设计数据交互。

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