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電流如何加載影響信號(hào)
使用簡單的電路和簡單的信號(hào)源，通常很明顯，不同的電路和負(fù)載如何影響電路輸出端的信號(hào)行為。對(duì)于更復(fù)雜的電路和寬帶模擬信號(hào)，信號(hào)本身如何受到電路本身的影響或電流負(fù)載如何影響信號(hào)的行為并不總是很明顯。盡管您可以手工解決信號(hào)行為的這些方面，但并不是每個(gè)人都是數(shù)學(xué)家，并且您將需要一些工具來加快復(fù)雜電路的分析速度。
頻域還是時(shí)域？
在分析信號(hào)行為時(shí)，選擇在頻域還是時(shí)域工作取決于要從設(shè)計(jì)中提取哪些信息。如果您使用數(shù)字信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路，則通常不必?fù)?dān)心頻域中發(fā)生的事情，因?yàn)樾盘?hào)的功率譜是明確定義的。相反，您應(yīng)該查看電路中信號(hào)的瞬態(tài)行為，以確保信號(hào)的上升時(shí)間在規(guī)格范圍內(nèi)。
使用寬帶信號(hào)或諧波信號(hào)時(shí)，是否需要在頻域或時(shí)域中工作取決于您的特定應(yīng)用。最有可能的是，您將需要確定兩種情況下的信號(hào)行為。這些類型的仿真的目的是檢查輸入信號(hào)在時(shí)域中是否沒有過度失真，以及一旦信號(hào)到達(dá)負(fù)載，是否保留了信號(hào)的頻率內(nèi)容。
這是處理不同類型信號(hào)時(shí)要檢查的一些重要點(diǎn)。您需要跟蹤負(fù)載組件上的信號(hào)（負(fù)載兩端的電壓或進(jìn)入負(fù)載的電流）。
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信號(hào)類型 |
檢查什么 |
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諧波 |
在信號(hào)到達(dá)負(fù)載之前檢查電路的傳遞函數(shù)，并確定瞬態(tài)響應(yīng)是否延遲了上升到全強(qiáng)度的時(shí)間。 |
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調(diào)頻音源 |
確認(rèn)頻率邊帶在負(fù)載下沒有失真。 |
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AM源 |
確認(rèn)振幅包絡(luò)在負(fù)載下沒有失真。 |
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沖動(dòng) |
檢查負(fù)載處的脈沖響應(yīng)，因?yàn)殡娍剐袨闀?huì)扭曲脈沖響應(yīng)。還要檢查時(shí)域中的瞬態(tài)行為。 |
當(dāng)您將負(fù)載添加到現(xiàn)有電路時(shí)，負(fù)載會(huì)耦合回該電路并創(chuàng)建一個(gè)新的等效電路。這意味著您不僅可以單獨(dú)模擬負(fù)載組件，還需要將其添加到電路中并模擬整個(gè)系統(tǒng)。這是直接在原理圖中使用電路仿真工具中的電阻性和電抗性負(fù)載輕松實(shí)現(xiàn)此目的的方法
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電流負(fù)載如何影響信號(hào)：電阻負(fù)載和無功負(fù)載
由于單個(gè)組件無法單獨(dú)檢查各個(gè)組件對(duì)輸入波形的影響，因此我們必須在較大的電路中查看這些組件。下圖顯示了一個(gè)簡單的電路，其中的FM源（1 A，1 kHz，調(diào)制指數(shù)為4）連接到Pi濾波器和電阻負(fù)載（R2）。這種類型的信號(hào)源具有很強(qiáng)的調(diào)制能力，在時(shí)域中很容易看出來，但是R2的時(shí)間行為并不總是很明顯。下面的Pi濾波器用作低通濾波器，但也可以通過互換電容器和電感器將其更改為高通濾波器。
具有50 Ohm輸出阻抗的FM源連接到Pi濾波器和下游負(fù)載（R2）
由于負(fù)載是電阻性的，因此與源波形相比，我們應(yīng)該期望簡單的低通濾波和負(fù)載處波形的相移。該濾波器的截止頻率為?2.3 MHz，因此我們不應(yīng)期望源的載波頻率出現(xiàn)嚴(yán)重衰減。但是，源上的電阻輸出（R1 = 50 Ohms）將影響瞬態(tài)響應(yīng)，并會(huì)改變傳遞函數(shù)。通過查看時(shí)域和頻域中負(fù)載處的波形，可以看到負(fù)載和任何上游電路如何改變信號(hào)行為。
下圖顯示了一個(gè)簡單的瞬態(tài)分析，它比較了源電流波形（綠色）和負(fù)載電流（紅色）。我們可以看到瞬態(tài)響應(yīng)在前約1 ms內(nèi)消失，并且負(fù)載處的波形在以后的所有時(shí)間都保持一致。顯然，信號(hào)電平會(huì)有所衰減，但這主要是由于Pi網(wǎng)絡(luò)和負(fù)載的綜合阻抗，而不僅僅是負(fù)載本身。
時(shí)域中源（綠色）和負(fù)載（紅色）處的電流波形
在此仿真中要考慮的重要一點(diǎn)是時(shí)域中的分辨率。在此，分辨率設(shè)置為10μs，即載波頻率振蕩周期的1％。在上述跡線中，每1 ms周期總共有1000個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。在PSpice中，創(chuàng)建模擬配置文件時(shí)可以輕松設(shè)置這些模擬參數(shù)。
連續(xù)頻域仿真結(jié)果
當(dāng)您想在頻域中比較源信號(hào)和負(fù)載信號(hào)時(shí)，可以對(duì)上述結(jié)果進(jìn)行傅立葉變換。為了真正了解信號(hào)中不同頻率分量的影響，您應(yīng)該對(duì)負(fù)載處的電流波形進(jìn)行歸一化，以使峰值負(fù)載電流等于時(shí)域中的峰值源電流。下圖顯示了電路如何在頻域中影響FM信號(hào)。在紅色軌跡中，會(huì)出現(xiàn)輕微的滾降，但這不是由于Pi濾波器的傳遞函數(shù)引起的，因?yàn)槲覀冋谔幚淼皖l信號(hào)。
源波形（綠色）和負(fù)載波形（紅色）中的頻率內(nèi)容。請(qǐng)注意，負(fù)載電流已通過最大值進(jìn)行歸一化，以提供更好的比較
注意，以上模擬是在阻性負(fù)載下進(jìn)行的；頻域中的唯一衰減是由于Pi網(wǎng)絡(luò)引起的，而時(shí)域信號(hào)中的較大減小是由于負(fù)載電阻引起的。為了檢查電抗性負(fù)載會(huì)發(fā)生什么，下面的示意圖已用電感性負(fù)載L2代替了電阻性負(fù)載R2。
具有50 Ohm輸出阻抗的FM源連接到Pi濾波器和下游負(fù)載（R2）
新負(fù)載具有高電感，在載波頻率下的阻抗為62.83i歐姆，遠(yuǎn)低于原始的1000歐姆電阻。當(dāng)我們?cè)俅芜\(yùn)行仿真時(shí)，我們會(huì)看到截然不同的結(jié)果。下圖顯示了該新電路的時(shí)域源和負(fù)載結(jié)果。
時(shí)域中源（綠色）和負(fù)載（紅色）處的電流波形
在這里，由于電路中的總電阻較小，負(fù)載組件處的瞬態(tài)響應(yīng)會(huì)很快消失（在?0.1 ms之前）。在時(shí)域電流波形方面，我們看到在不同頻率下會(huì)產(chǎn)生一些諧振。這可以從紅色跡線（負(fù)載）與綠色跡線（源）的放大中看出。
在電路放大輸入調(diào)制信號(hào)的地方可能并不明顯。在這里，可以使用另一個(gè)傅里葉變換來提取每個(gè)信號(hào)中的頻率內(nèi)容，并在頻譜圖上進(jìn)行比較。下圖比較了每個(gè)信號(hào)的傅立葉變換。
時(shí)域中源（綠色）和負(fù)載（紅色）處的電流波形
從這里，我們可以看到在峰2-4中存在寬帶放大，在峰3中放大明顯。如果考慮此修改原理圖中的布局，負(fù)載L2和輸出電容器C1形成具有諧振的LC諧振電路頻率為2.32 kHz。Pi濾波器中的其他組件會(huì)將這個(gè)諧振修改為較低的值，我們可以看到該諧振位于大約1.6 kHz。
超過?2.5 kHz的滾降也稍大?？梢灶A(yù)期這是由于以下事實(shí)：感性負(fù)載使Pi濾波器變成更復(fù)雜的4階濾波器，因此衰減應(yīng)該更大。這可以通過用掃頻測(cè)量傳遞函數(shù)來研究。請(qǐng)注意，在負(fù)載位置連接和不連接L2的情況下都可以這樣做，這將允許比較兩個(gè)傳遞函數(shù)。
這應(yīng)該表明負(fù)載組件的頻率相關(guān)行為將如何影響電路中的上游組件以及負(fù)載所看到的結(jié)果信號(hào)。在電阻性負(fù)載的情況下，電路中的電阻會(huì)提供一定的衰減，而Pi濾波器會(huì)產(chǎn)生一些相移并使輸入信號(hào)失真。當(dāng)我們有感性負(fù)載時(shí)，電感會(huì)耦合回Pi濾波器，以創(chuàng)建更復(fù)雜的諧振頻譜。