通過SPICE仿真進(jìn)行簡單RLC電路的時域分析

簡單RLC電路的時域分析

RLC電路是一種電阻、電容和電感組成的電路結(jié)構(gòu)，通常稱為RLC電路。由于電容和電阻具有一些頻率相關(guān)的電抗，當(dāng)用交流信號驅(qū)動時，該系統(tǒng)的行為將產(chǎn)生一些有趣的效果。當(dāng)涉及諧波信號、脈沖或啁啾信號時，電壓源對于電壓調(diào)節(jié)至關(guān)重要。在頻域中，我們可以清楚地了解到電壓/電流源頻率對RLC電路輸出和RLC網(wǎng)絡(luò)中不同部分電流的影響。

頻域的結(jié)果可以通過傅里葉逆變換轉(zhuǎn)換回時域(反之亦然)。然而，瞬態(tài)響應(yīng)等一些效應(yīng)在時域中更容易計算。由于矩陣表述相對簡單，SPICE仿真自然有助于時域分析。

RL電路和RC電路也與RLC電路有關(guān)，而且也很有趣。如果我們使用的RLC網(wǎng)絡(luò)不僅僅是簡單的串聯(lián)RLC電路，了解這些電路的行為有助于解釋時域仿真結(jié)果。當(dāng)使用RLC電路的解析解時，通過在相關(guān)RLC電路的解中分別取L=0或C=0，可以了解RC電路或RL電路的行為。

請注意，當(dāng)與DC電源一起使用時，電阻電感并聯(lián)(RL電路)必定形成短路。因為電感的阻抗是頻率的線性函數(shù)，所以采用DC電源時，電感阻抗為零。這類電路對于DC電路意義不大，但可以用來隔離放大器，避免高頻容性負(fù)載效應(yīng)。

RC電路中，當(dāng)電容和電阻串聯(lián)時，我們可以采用時域仿真來分析AC電壓如何耦合到電路中?；蛘撸?dāng)電阻和電容并聯(lián)時，可以分析AC信號如何繞過電阻。這對于電源完整性分析尤為重要，因為我們可能需要檢查是否有任何AC噪聲成分從DC電源中過濾出來。這兩種分析都應(yīng)作為頻率的函數(shù)進(jìn)行，以便了解RC電路如何充當(dāng)濾波器。

RLC網(wǎng)絡(luò)瞬態(tài)分析

RLC網(wǎng)絡(luò)以及更大的RLC網(wǎng)絡(luò)中的RC或RL網(wǎng)絡(luò)，將會有特定的時間響應(yīng)，這取決于驅(qū)動電路的是諧波源、任意波形、DC電源，還是可以輕松界定為時間函數(shù)的其他任何電源。這便是時域仿真在RLC網(wǎng)絡(luò)中如此有效的原因，使我們能夠分析電路對脈沖或啁啾(或兩者兼有)電壓源的響應(yīng)。

啁啾脈沖在雷達(dá)和光學(xué)應(yīng)用中十分重要

當(dāng)使用AC電源時，大多數(shù)SPICE軟件包都具備圖形用戶界面且能夠掃描AC頻率范圍并分析系統(tǒng)行為。但是，我們也可以進(jìn)行瞬態(tài)分析，并分析電路如何及時響應(yīng)不同頻率的AC電源。我們可以在時域中分析不同頻率下的電路輸出，并比較信號的不同質(zhì)量。

瞬態(tài)分析對于觀察網(wǎng)絡(luò)的DC輸入或脈沖如何響應(yīng)也十分有效。采用DC輸入時，我們可以觀察由于DC電壓源輸出的變化，電路不同部分上電至不同電壓和電流的速率。這些曲線為指數(shù)形式，稱為瞬態(tài)曲線。它們對PCB有重要影響，因其決定了電源分配網(wǎng)絡(luò)中噪聲或數(shù)字切換信號等引起驅(qū)動電壓發(fā)生明顯變化時，電路的響應(yīng)速度。

RLC電路的拓展知識

借助基于SPICE的模擬器，我們還可以分析RLC網(wǎng)絡(luò)的其他很多方面，在此僅介紹非常有用的兩點。首先，通過以菊花鏈形式連接多個RLC網(wǎng)絡(luò)，我們可以輕松構(gòu)建高階濾波器。然后，我們可以模擬這些高階濾波器的瞬態(tài)響應(yīng)和電壓輸出。如果在電路分析中我們還使用了頻率掃描，則可以確定網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)。

PCB上的光敏傳感器

性能卓越的SPICE軟件工具能夠分析工作溫度變化如何影響RLC網(wǎng)絡(luò)的輸出。這對于PCB尤其重要，因為除非我們設(shè)計的電路板具有精密的熱管理能力，否則PCB運行溫度可能超過室溫。