定义交流/直流扫描模拟配置文件

在电子学课上，我经常让我的学生做一个有趣的实验:扫描电路中交流电源的频率，观察电压和电流在跟踪读数上是如何变化的。这是一个很好的方法，任何人都可以得到第一手的观点，一个电路如何响应不同的频率。

当处理简单的电路时，大多数设计师和工程师可以立即看到输出信号将如何受到电路中的元素的影响。不幸的是，大多数电路在设计过程中需要更多的分析。有了合适的模拟器包，你不必实际构建电路来测试它。使用AC/DC扫描模拟配置文件可以以易于阅读的格式提供这些信息。

什么是DC扫?

使用扫描时，最简单的扫描类型是直流扫描。在这里，只需要检查一个参数:直流电源的输入电压。理想情况下，你想要检查电路中不同位置的电压降或电流作为直流电压的函数是如何变化的。您可以使用探头在模拟电路中收集电流/电压测量值，并绘制输出电流/电压作为输入电压的函数。

除非你的电路包含非线性元件，如二极管和晶体管，否则输入电压与输出电流/电压的曲线将是一条直线。这条线的斜率取决于电路中各种元件的值。当电路中出现非线性元件时，曲线可能会有非常奇怪的形状。当输入电压改变时，这允许你检查电路的一些特性。

注意，直流扫描和瞬态分析电路的。在直流扫描中，电路处于稳态，这意味着在瞬时响应消失后，你要检查整个电路的电流和电压。如果电路中包含电感和电容，则会产生瞬态响应。如果你只进行直流扫描，这些元件在直流驱动下的阻抗将分别为0和无穷大，你将只能看到不同输入电压下的稳态电压和电流。

为了检查瞬态响应，电压需要随时间变化。你需要构造一个任意波形，其中电路从0v切换到所需的直流电平。输出电流/电压随时间变化的图形将显示当驱动电压在两个不同的直流电平之间切换时的瞬态响应。这对于模拟电路对一系列数字脉冲的响应非常有用。然后，您可以将输入和输出信号覆盖在单个图上，以获得它们之间的直接比较。

直流扫频输出示例

交流扫描模拟

直流扫描被设计为扫描直流电源的不同电压值，而交流扫描被设计为以恒定振幅扫描不同频率。这允许您检查整个电路的输出电压/电流如何响应不同的驱动频率。这需要包括一个正弦源在你的电路中。然后可以在时域或频域检查电路的响应。

线性电路

就像瞬态分析的情况一样，输出和输入信号可以随时间叠加在单个图上。然而，这实际上只适用于直接比较单一频率下的响应。将输入/输出曲线放在一个图上，用于多个频率，很快会使图变得复杂，并使结果难以解释。因此，交流扫描模拟剖面的结果最好在频域进行观察。

在频域，你可以从交流扫描中获得两条信息。首先，你可以看到输出信号的幅值如何随着输入频率的变化而变化。其次，你可以看到输入和输出信号之间的相位差是如何随着频率的变化而变化的。这允许你构造一个传递函数和波德图对于电路。线性电路的输出示例如下:

线性电路的交流扫描输出示例

非线性电路

带有有源和非线性电路元件的电路将改变输入信号的形状。如果驱动电压由多个交流信号组成，非线性元件也可以通过混频产生边带。观察输出振幅与输入频率的对比并不能准确地了解在不同频率下信号的形状如何变化。在这种情况下，你需要观察信号在时域中的形状以便准确地看到电路如何改变信号的形状。

注意，对于非线性和有源电路元件，电路的输出也受输入交流信号的幅值影响。一般来说，要获得这种行为的适当视图需要在不同频率和不同输入振幅下进行多次时域交流模拟。对于SPICE模拟中的非线性有源元件(例如BJT或MOSFET)，您最好使用小信号分析来检查这些电路的交流行为。

更复杂的直流/交流扫描模拟配置文件

虽然上面的讨论集中在具有单一交流或直流电压源的电路上，但是您可以将相同的方法应用到电路电流源上。您也可以使您的扫描模拟适应具有多个电压/电流源的电路。这些电路在设计放大器、有源滤波器和其他有反馈的电路时很重要。

您还可以更改电路中不同元件的值，并检查输出如何随直流信号水平或交流频率变化。这可以帮助您优化电路中组件的值，以便您可以产生所需的行为。

使用正确的SPICE包可以简化交流/直流扫描模拟剖面和分析，即使在最复杂的电路中也是如此。的OrCAD PSpice模拟器从节奏允许您定义任何类型的电压/电流源，并为任何应用简化许多重要的分析。这种独特的包装适合复杂PCB设计和接口直接与您的电路原理图数据。

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