基于 LTspice 研究几种电路的频率特性

Posted 卓晴

tags:

篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了基于 LTspice 研究几种电路的频率特性相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

 

§01 率特性


一、RC无源

  下面是单级 RC 低通滤波器电路图。使用 LTspice 研究其小信号 AC 频率特性。

▲ 图1.1.1 测试单级RC低通滤波器

1、输出结果格式

  交流分析输出的结果包括两部分,一个是增益部分,使用dB为单位。另一部分则是角度,单位是°。在存储的时候,需要将这两个部分进行分别进行存储,并绘制在幅值与角度部分。

Freq.V(n002)I(C1)
1.00000000000000e+002(-1.71115043445809e-002dB,-3.59527377986817e+000?(-8.40535141371823e+001dB,8.64047262201318e+001?
2.00000000000000e+002(-6.80451754744641e-002dB,-7.16245580672582e+000?(-7.80838478950325e+001dB,8.28375441932742e+001?
3.00000000000000e+002(-1.51629267198155e-001dB,-1.06747494123688e+001?(-7.46456068056426e+001dB,7.93252505876312e+001?
4.00000000000000e+002(-2.66008621896754e-001dB,-1.41078023715901e+001?(-7.22612114281752e+001dB,7.58921976284099e+001?

  改造 LTS 程序,使他能够正确反映角度变化特性。

2、仿真结果

  下面显示了 C1 上的电压与电流数值的变化与相位的变化。

▲ 图1.1.2 LTspice 仿真结果

3、理论分析

  根据电路提,可以知道对于不同频率,系统传递函数为:

H ( j ω ) = 1 1 + j ω R C H\\left( j\\omega \\right) = 1 \\over 1 + j\\omega RC H()=1+RC1

  其中: R = 1000 Ω ;     C = 0.1 μ F R = 1000\\Omega ;\\,\\,\\,C = 0.1\\mu F R=1000Ω;C=0.1μF 。根据上面公式计算出输出的幅值和相位,对比仿真的结果,可以看到他们之间是相符的。下图分别绘制出仿真的结果与理论计算的结果, 他们是重叠的。

▲ 对比理论分析与仿真结果

#!/usr/local/bin/python
# -*- coding: gbk -*-
#============================================================
# TEST2.PY                     -- by Dr. ZhuoQing 2022-08-15
#
# Note:
#============================================================
from headm import *
data, angle1 = tspload('ltsdata', 'data', 'angle')
R = 1e3
C = 0.1e-6
f = linspace(1e2, 100e3, 1000)
outf = [1/(1+1j * 2 * pi * ff * R * C) for ff in f]
gain = [log(abs(o))/log(10)*20 for o in outf]
angle11 = [angle(o)*180/pi for o in outf]
plt.plot(f, gain, label='Cal Gain')
plt.plot(data[0], data[1], label='Save Gain')
plt.plot(f, angle11, label='Cal Angle')
plt.plot(data[0], angle1[1], label='Save Angle')
plt.xlabel("Frequency(Hz)")
plt.ylabel("Amplitude(dB)")
plt.grid(True)
plt.legend(loc='upper right')
plt.tight_layout()
plt.show()
#------------------------------------------------------------
#        END OF FILE : TEST2.PY
#============================================================

二、全通系统

1、电路分析

  下面是在信号与系统中给出的全通电路原理图以及对应的公式。

▲ 图1.2.1 信号与系统中列举的全通系统电路

  为了求解上述电路,将电路还原成原来的桥式电路。令: Z 1 = j ω L , Z 2 = 1 / j ω C Z_1 = j\\omega L,Z_2 = 1/j\\omega C Z1=L,Z2=1/C 。利用戴维南电源等效原理,从两个桥臂中间往外,可以等效成一个电压源串联一个内阻。内阻等于 Z 1 , Z 2 Z_1 ,Z_2 Z1,Z2 的并联, 那么两个内阻对外就等于: R 0 = 2 Z 1 Z 2 Z 1 + Z 2 R_0 = 2Z_1 Z_2 \\over Z_1 + Z_2 R0=Z1+Z22Z1Z2

  两个桥臂中间的分压 V 1 , V 2 V_1 ,V_2 V1,V2 为:

V 1 = Z 2 Z 1 + Z 2 ⋅ V i n ;    V 2 = Z 1 Z 1 + Z 2 ⋅ V i n V_1 = Z_2 \\over Z_1 + Z_2 \\cdot V_in ;\\,\\,V_2 = Z_1 \\over Z_1 + Z_2 \\cdot V_in V1=Z1+Z2Z2Vin;V2=Z1+Z2Z1Vin

  所以电压源为: V 12 = V 1 − V 2 = Z 2 − Z 1 Z 1 + Z 2 V i n V_12 = V_1 - V_2 = Z_2 - Z_1 \\over Z_1 + Z_2 V_in V12=V1V2=Z1+Z2Z2Z1Vin 对应的输出为:
H ( s ) = Z 2 − Z 1 Z 1 + Z 2 ⋅ R R + 2 Z 2 Z 1 Z 1 + Z 2 = R ( Z 2 − Z 1 ) R ( Z 1 + Z 2 ) + 2 Z 1 Z 2 H\\left( s \\right) = Z_2 - Z_1 \\over Z_1 + Z_2 \\cdot R \\over R + 2Z_2 Z_1 \\over Z_1 + Z_2 = R\\left( Z_2 - Z_1 \\right) \\over R\\left( Z_1 + Z_2 \\right) + 2Z_1 Z_2 H(s)=Z1+Z2Z2Z1R+Z1+Z22Z2Z1R=R(Z1+Z2)+2Z1Z2R(Z2Z1)

▲ 图1.2.2 桥式输出电路

  在往后推导,参见 Lattice phase equaliser ,对于这个网络的推导还是存在的疑惑的。

于这个分析暂停在这儿

在 LTspice 下研究全通网络

在 LTspice 下研究全通网络

基于 LTspice 进行的几个仿真实验

ZVS 振荡器的仿真测试

ZVS 振荡器的仿真测试

安装 AD LTspice电路仿真软件