電(diàn)流如何加载影响信号

2020-05-18

使用(yòng)简单的電(diàn)路和简单的信号源，通常很(hěn)明显，不同的電(diàn)路和负载如何影响電(diàn)路输出端的信号行為(wèi)。对于更复杂的電(diàn)路和宽带模拟信号，信号本身如何受到電(diàn)路本身的影响或電(diàn)流负载如何影响信号的行為(wèi)并不总是很(hěn)明显。尽管您可(kě)以手工解决信号行為(wèi)的这些方面，但并不是每个人都是数學(xué)家，并且您将需要一些工具来加快复杂電(diàn)路的分(fēn)析速度。

频域还是时域？

在分(fēn)析信号行為(wèi)时，选择在频域还是时域工作取决于要从设计中提取哪些信息。如果您使用(yòng)数字信号驱动電(diàn)路，则通常不必担心频域中发生的事情，因為(wèi)信号的功率谱是明确定义的。相反，您应该查看電(diàn)路中信号的瞬态行為(wèi)，以确保信号的上升时间在规格范围内。

使用(yòng)宽带信号或谐波信号时，是否需要在频域或时域中工作取决于您的特定应用(yòng)。最有(yǒu)可(kě)能(néng)的是，您将需要确定两种情况下的信号行為(wèi)。这些类型的仿真的目的是检查输入信号在时域中是否没有(yǒu)过度失真，以及一旦信号到达负载，是否保留了信号的频率内容。

这是处理(lǐ)不同类型信号时要检查的一些重要点。您需要跟踪负载组件上的信号（负载两端的電(diàn)压或进入负载的電(diàn)流）。

 

当您将负载添加到现有(yǒu)電(diàn)路时，负载会耦合回该電(diàn)路并创建一个新(xīn)的等效電(diàn)路。这意味着您不仅可(kě)以单独模拟负载组件，还需要将其添加到電(diàn)路中并模拟整个系统。这是直接在原理(lǐ)图中使用(yòng)電(diàn)路仿真工具中的電(diàn)阻性和電(diàn)抗性负载轻松实现此目的的方法

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電(diàn)流负载如何影响信号：電(diàn)阻负载和无功负载

由于单个组件无法单独检查各个组件对输入波形的影响，因此我们必须在较大的電(diàn)路中查看这些组件。下图显示了一个简单的電(diàn)路，其中的FM源（1 A，1 kHz，调制指数為(wèi)4）连接到Pi滤波器和電(diàn)阻负载（R2）。这种类型的信号源具有(yǒu)很(hěn)强的调制能(néng)力，在时域中很(hěn)容易看出来，但是R2的时间行為(wèi)并不总是很(hěn)明显。下面的Pi滤波器用(yòng)作低通滤波器，但也可(kě)以通过互换電(diàn)容器和電(diàn)感器将其更改為(wèi)高通滤波器。

具有(yǒu)50 Ohm输出阻抗的FM源连接到Pi滤波器和下游负载（R2）

由于负载是電(diàn)阻性的，因此与源波形相比，我们应该期望简单的低通滤波和负载处波形的相移。该滤波器的截止频率為(wèi)〜2.3 MHz，因此我们不应期望源的载波频率出现严重衰减。但是，源上的電(diàn)阻输出（R1 = 50 Ohms）将影响瞬态响应，并会改变传递函数。通过查看时域和频域中负载处的波形，可(kě)以看到负载和任何上游電(diàn)路如何改变信号行為(wèi)。

下图显示了一个简单的瞬态分(fēn)析，它比较了源電(diàn)流波形（绿色）和负载電(diàn)流（红色）。我们可(kě)以看到瞬态响应在前约1 ms内消失，并且负载处的波形在以后的所有(yǒu)时间都保持一致。显然，信号電(diàn)平会有(yǒu)所衰减，但这主要是由于Pi网络和负载的综合阻抗，而不仅仅是负载本身。

时域中源（绿色）和负载（红色）处的電(diàn)流波形

在此仿真中要考虑的重要一点是时域中的分(fēn)辨率。在此，分(fēn)辨率设置為(wèi)10μs，即载波频率振荡周期的1％。在上述迹線(xiàn)中，每1 ms周期总共有(yǒu)1000个数据点。在PSpice中，创建模拟配置文(wén)件时可(kě)以轻松设置这些模拟参数。

连续频域仿真结果

当您想在频域中比较源信号和负载信号时，可(kě)以对上述结果进行傅立叶变换。為(wèi)了真正了解信号中不同频率分(fēn)量的影响，您应该对负载处的電(diàn)流波形进行归一化，以使峰值负载電(diàn)流等于时域中的峰值源電(diàn)流。下图显示了電(diàn)路如何在频域中影响FM信号。在红色轨迹中，会出现轻微的滚降，但这不是由于Pi滤波器的传递函数引起的，因為(wèi)我们正在处理(lǐ)低频信号。

源波形（绿色）和负载波形（红色）中的频率内容。请注意，负载電(diàn)流已通过最大值进行归一化，以提供更好的比较

注意，以上模拟是在阻性负载下进行的；频域中的唯一衰减是由于Pi网络引起的，而时域信号中的较大减小(xiǎo)是由于负载電(diàn)阻引起的。為(wèi)了检查電(diàn)抗性负载会发生什么，下面的示意图已用(yòng)電(diàn)感性负载L2代替了電(diàn)阻性负载R2。

具有(yǒu)50 Ohm输出阻抗的FM源连接到Pi滤波器和下游负载（R2）

新(xīn)负载具有(yǒu)高電(diàn)感，在载波频率下的阻抗為(wèi)62.83i欧姆，遠(yuǎn)低于原始的1000欧姆電(diàn)阻。当我们再次运行仿真时，我们会看到截然不同的结果。下图显示了该新(xīn)電(diàn)路的时域源和负载结果。

时域中源（绿色）和负载（红色）处的電(diàn)流波形

在这里，由于電(diàn)路中的总電(diàn)阻较小(xiǎo)，负载组件处的瞬态响应会很(hěn)快消失（在〜0.1 ms之前）。在时域電(diàn)流波形方面，我们看到在不同频率下会产生一些谐振。这可(kě)以从红色迹線(xiàn)（负载）与绿色迹線(xiàn)（源）的放大中看出。

在電(diàn)路放大输入调制信号的地方可(kě)能(néng)并不明显。在这里，可(kě)以使用(yòng)另一个傅里叶变换来提取每个信号中的频率内容，并在频谱图上进行比较。下图比较了每个信号的傅立叶变换。

时域中源（绿色）和负载（红色）处的電(diàn)流波形

从这里，我们可(kě)以看到在峰2-4中存在宽带放大，在峰3中放大明显。如果考虑此修改原理(lǐ)图中的布局，负载L2和输出電(diàn)容器C1形成具有(yǒu)谐振的LC谐振電(diàn)路频率為(wèi)2.32 kHz。Pi滤波器中的其他(tā)组件会将这个谐振修改為(wèi)较低的值，我们可(kě)以看到该谐振位于大约1.6 kHz。

超过〜2.5 kHz的滚降也稍大。可(kě)以预期这是由于以下事实：感性负载使Pi滤波器变成更复杂的4阶滤波器，因此衰减应该更大。这可(kě)以通过用(yòng)扫频测量传递函数来研究。请注意，在负载位置连接和不连接L2的情况下都可(kě)以这样做，这将允许比较两个传递函数。

这应该表明负载组件的频率相关行為(wèi)将如何影响電(diàn)路中的上游组件以及负载所看到的结果信号。在電(diàn)阻性负载的情况下，電(diàn)路中的電(diàn)阻会提供一定的衰减，而Pi滤波器会产生一些相移并使输入信号失真。当我们有(yǒu)感性负载时，電(diàn)感会耦合回Pi滤波器，以创建更复杂的谐振频谱。