使用pspice的交流電源信號的頻率相關(guān)開(kāi)關(guān)模型
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專(zhuān)為 PSpice 仿真設計的頻率相關(guān)開(kāi)關(guān)使專(zhuān)家能夠解決高級系統中的挑戰，無(wú)縫集成到各種電子電路中。
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/202505/470501.htm開(kāi)關(guān)可用于 UHF 或更高無(wú)線(xiàn)電頻段中需要通過(guò)多個(gè)路徑路由信號的任何設備/電路。ATE（自動(dòng)測試設備）系統中使用不同配置的開(kāi)關(guān)。固態(tài)開(kāi)關(guān)可分為兩大類(lèi)：機械式、繼電器式、PIN 二極管和 FET。他們可以使用，
要在雙輸出之間切換單個(gè)信號，
要連接不同的多個(gè)輸出，將信號并聯(lián)到端口連接，
繞著(zhù)電路元件或系統路由更改（旁路）電壓，而不是通過(guò)電路元件或系統。
通過(guò)頻域中的示例描述了與 PSpice 電路仿真軟件兼容的電壓/電流控制模擬行為模型開(kāi)關(guān)的設計和建模。
模擬方法
描述了使用模擬行為建模獲得不同開(kāi)關(guān)的等效電路的 PSpice 方法。該領(lǐng)域的其他工作使用原始 PSpice 程序的多項式電壓/電流源模型使用不同的配置。
圖 1 包含拉普拉斯開(kāi)關(guān) （E） 和電阻器的線(xiàn)性高功率網(wǎng)絡(luò )
圖 2：帶有頻率相關(guān)開(kāi)關(guān) S1 的線(xiàn)性有源高功率網(wǎng)絡(luò )
表 I 描述了（圖 1）獲得頻率依賴(lài)性的 PSpice 程序，該程序在 1700Hz 時(shí)表現為短，在圖 1 的其他工作頻率下變?yōu)殚_(kāi)路 [相當于執行開(kāi)關(guān)（開(kāi)/關(guān)）動(dòng)作]。圖 1 中的 E 拉普拉斯描述了使用帶有拉普拉斯選項的 PSpice 模擬行為模型的開(kāi)/關(guān)電阻器。
Table I. Frequency description of switch operation (Fig: 1)
| **** 10/03/23 16:43:29 ****** PSpice Lite (October 2012) ****** ID# 10813 **** |
| Frequency-dependent switch simulation |
| Circuit description |
| V2 1 0 AC 1 |
| R13 1 3 100 |
| E34 3 4 LAPLACE {I(E34)} = {(ABS(S)/(2.0*3.141592653589793)-1700)*1E8} |
| R40 4 0 100 |
| .AC LIN 13 1KHz 2.2KHz |
| .PRINT AC VM(1) VM(3) VM(4) |
| .OP |
| .end |
| **** 10/03/23 16:43:29 ****** PSpice Lite (October 2012) ****** ID# 10813 **** |
| Frequency-dependent switch simulation |
| Small signal bias solution Temperature = 27.000 DEG C |
| Node voltage |
| ( 1) 0.0000 ( 3) 0.0000 ( 4) 0.0000 |
| Voltage source currents |
| Name Current |
| V2 0.000E+00 |
| Total power dissipation 0.00E+00 watts |
| **** 10/03/23 16:43:29 ****** PSpice Lite (October 2012) ****** ID# 10813 **** |
| Frequency-dependent switch simulation |
| Operating point information Temperature = 27.000 DEG C |
| Voltage-controlled voltage sources |
| Name E34 |
| V-source 0.000E+00 |
| I-source 0.000E+00 |
| **** 10/03/23 16:43:29 ****** PSpice Lite (October 2012) ****** ID# 10813 **** |
| Frequency-dependent switch simulation |
| AC analysis Temperature = 27.000 DEG C |
| FREQ VM(1) VM(3) VM(4) |
| 1.000E+03 1.000E+00 1.000E+00 1.429E-09 |
| 1.100E+03 1.000E+00 1.000E+00 1.667E-09 |
| 1.200E+03 1.000E+00 1.000E+00 2.000E-09 |
| 1.300E+03 1.000E+00 1.000E+00 2.500E-09 |
| 1.400E+03 1.000E+00 1.000E+00 3.333E-09 |
| 1.500E+03 1.000E+00 1.000E+00 5.000E-09 |
| 1.600E+03 1.000E+00 1.000E+00 1.000E-08 |
| 1.700E+03 1.000E+00 5.007E-01 4.993E-01 |
| 1.800E+03 1.000E+00 1.000E+00 1.000E-08 |
| 1.900E+03 1.000E+00 1.000E+00 5.000E-09 |
| 2.000E+03 1.000E+00 1.000E+00 3.333E-09 |
| 2.100E+03 1.000E+00 1.000E+00 2.500E-09 |
| 2.200E+03 1.000E+00 1.000E+00 2.000E-09 |
可以觀(guān)察到（表 I），由于 1.7KHz 的開(kāi)關(guān)動(dòng)作，所有電壓都從節點(diǎn) （3） 轉移到輸出節點(diǎn) （4）。
Table II. PSpice program description of switching (Fig:2)
| **** 10/03/23 16:33:07 ****** PSpice Lite (October 2012) ****** ID# 10813 **** |
| Frequency-dependent AC switch simulation |
| Circuit description |
| V2 1 0 AC 100 |
| R13 1 2 400 |
| G1 2 0 4 0 2 |
| L23 2 3 0.3 |
| R30 3 0 500 |
| C34 3 4 0.1UF |
| L46 4 6 0.1 |
| C60 6 0 0.1 |
| E45 4 5 LAPLACE {I(E45)} = {(ABS(S)/(2.0*3.14159265359)-150)*1E10} |
| R40 5 0 2000 |
| .AC LIN 4 50 200 |
| .PRINT AC VM(1) VM(3) VM(4) VM(5) |
| .OP |
| .end |
| **** 10/03/23 16:33:07 ****** PSpice Lite (October 2012) ****** ID# 10813 **** |
| Frequency-dependent AC switch simulation |
| Small signal bias solution Temperature = 27.000 DEG C |
| Node voltage |
| ( 1) 0.0000 ( 2) 0.0000 ( 3) 0.0000 ( 4) 0.0000 |
| ( 5) 0.0000 ( 6) 0.0000 |
| Voltage source currents |
| Name Current |
| V2 0.000E+00 |
| Total power dissipation 0.00E+00 watts |
| **** 10/03/23 16:33:07 ****** PSpice Lite (October 2012) ****** ID# 10813 **** |
| Frequency-dependent AC switch simulation |
| Operating point information Temperature = 27.000 DEG C |
| Voltage-controlled current sources |
| Name G1 |
| I-source 0.000E+00 |
| Voltage-controlled voltage sources |
| Name E45 |
| V-source 0.000E+00 |
| I-source 0.000E+00 |
| **** 10/03/23 16:33:07 ****** PSpice Lite (October 2012) ****** ID# 10813 **** |
| Frequency-dependent AC switch simulation |
| AC analysis Temperature = 27.000 DEG C |
| FREQ VM(1) VM(3) VM(4) VM(5) |
| 5.000E+01 1.000E+02 9.734E+01 9.607E-02 1.921E-10 |
| 1.000E+02 1.000E+02 6.948E+01 2.753E-01 1.101E-09 |
| 1.500E+02 1.000E+02 1.831E+01 1.639E-01 1.637E-01 |
| 2.000E+02 1.000E+02 8.999E+00 1.444E-01 5.775E-10 |
| Job concluded |
從表 II 對圖 2 的描述中，由于 150Hz 的開(kāi)關(guān)動(dòng)作，節點(diǎn) （4） 的電壓轉移到節點(diǎn) （5）。在其余頻率下，由于開(kāi)路節點(diǎn) （5） 和 （4），輸出電壓為零。表 II 中的 E45 描述使用 PSpice 的模擬行為選項來(lái)獲得電源開(kāi)關(guān)。
圖：3. 包含帶電阻器的拉普拉斯開(kāi)關(guān) （E Laplace） 的高功率網(wǎng)絡(luò )
圖：4. 帶有頻率相關(guān)開(kāi)關(guān) S1 的高有效高功率網(wǎng)絡(luò )
Table III. Frequency description of switch operation (Fig: 3)
| **** 10/14/23 16:46:40 ****** PSpice Lite (October 2012) ****** ID# 10813 **** |
| Frequency-dependent switch simulation |
| Circuit description |
| Voltage AC excitation |
| I 0 3 AC 1 |
| R13 0 3 100 |
| E34 3 4 LAPLACE {I(E34)} = {(ABS(S)/(2.0*3.141592653589793)-1700)*1E8} |
| R40 4 0 100 |
| .AC LIN 13 1KHz 2.2KHz |
| .PRINT AC VM(3) VP(3) VM(4) VP(4) |
| .OP |
| .end |
| **** 10/14/23 16:46:40 ****** PSpice Lite (October 2012) ****** ID# 10813 **** |
| Frequency-dependent switch simulation |
| Small signal bias solution Temperature = 27.000 DEG C |
| Node voltage |
| ( 3) 0.0000 ( 4) 0.0000 |
| Voltage source currents |
| Name Current |
| Total power dissipation 0.00E+00 watts |
| **** 10/14/23 16:46:40 ****** PSpice Lite (October 2012) ****** ID# 10813 **** |
| Frequency-dependent switch simulation |
| Operating point information Temperature = 27.000 DEG C |
| Voltage-controlled voltage sources |
| Name E34 |
| V-source 0.000E+00 |
| I-source 0.000E+00 |
| **** 10/14/23 16:46:40 ****** PSpice Lite (October 2012) ****** ID# 10813 **** |
| Frequency-dependent switch simulation |
| AC analysis Temperature = 27.000 DEG C |
| FREQ VM(3) VP(3) VM(4) VP(4) |
| 1.000E+03 1.000E+02 0.000E+00 1.429E-07 1.800E+02 |
| 1.100E+03 1.000E+02 0.000E+00 1.667E-07 1.800E+02 |
| 1.200E+03 1.000E+02 0.000E+00 2.000E-07 1.800E+02 |
| 1.300E+03 1.000E+02 0.000E+00 2.500E-07 1.800E+02 |
| 1.400E+03 1.000E+02 0.000E+00 3.333E-07 1.800E+02 |
| 1.500E+03 1.000E+02 0.000E+00 5.000E-07 1.800E+02 |
| 1.600E+03 1.000E+02 0.000E+00 1.000E-06 1.800E+02 |
| 1.700E+03 5.007E+01 0.000E+00 4.993E+01 0.000E+00 |
| 1.800E+03 1.000E+02 0.000E+00 1.000E-06 0.000E+00 |
| 1.900E+03 1.000E+02 0.000E+00 5.000E-07 0.000E+00 |
| 2.000E+03 1.000E+02 0.000E+00 3.333E-07 0.000E+00 |
| 2.100E+03 1.000E+02 0.000E+00 2.500E-07 0.000E+00 |
| 2.200E+03 1.000E+02 0.000E+00 2.000E-07 0.000E+00 |
| Job concluded |
如圖 3 所示，圖 3 中的開(kāi)關(guān)在 1700Hz 時(shí)激活，節點(diǎn) （3） 的電壓等于節點(diǎn) （4）。
Table IV. Frequency description of switch operation (Fig: 4)
| **** 10/15/23 12:27:19 ****** PSpice Lite (October 2012) ****** ID# 10813 **** Frequency-dependent AC switch simulation |
| Circuit description |
| V2 1 0 AC 100 |
| R13 1 2 400 |
| HG1 2 0 V2 1 |
| L23 2 3 0.01 |
| R30 3 0 500 |
| C34 3 4 0.1UF |
| L46 4 6 0.5 |
| C60 6 0 0.1 |
| E45 4 5 LAPLACE {I(E45)} = {(ABS(S)/(2.0*3.14159265359)-150)*1E10} |
| R40 5 0 2000 |
| .AC LIN 4 50 200 |
| .PRINT AC VM(1) VM(3) VM(4) VM(5) |
| .OP |
| .end |
| **** 10/15/23 12:27:19 ****** PSpice Lite (October 2012) ****** ID# 10813 **** |
| Frequency-dependent AC switch simulation |
| Small signal bias solution Temperature = 27.000 DEG C |
| Node voltage |
| ( 1) 0.0000 ( 2) 0.0000 ( 3) 0.0000 ( 4) 0.0000 |
| ( 5) 0.0000 ( 6) 0.0000 |
| Voltage source currents |
| Name Current |
| V2 0.000E+00 |
| Total power dissipation 0.00E+00 watts |
| **** 10/15/23 12:27:19 ****** PSpice Lite (October 2012) ****** ID# 10813 **** |
| Frequency-dependent AC switch simulation |
| Operating point information Temperature = 27.000 DEG C |
| Voltage-controlled voltage sources |
| Name E45 |
| V-source 0.000E+00 |
| I-source 0.000E+00 |
| Current-controlled voltage sources |
| Name HG1 |
| V-source 0.000E+00 |
| I-source 0.000E+00 |
| **** 10/15/23 12:27:19 ****** PSpice Lite (October 2012) ****** ID# 10813 **** |
| Frequency-dependent AC switch simulation |
| AC analysis Temperature =27.000 DEG C |
| FREQ VM(1) VM(3) VM(4) VM(5) |
| 5.000E+01 1.000E+02 2.506E-01 1.243E-03 2.486E-12 |
| 1.000E+02 1.000E+02 2.507E-01 5.048E-03 2.019E-11 |
| 1.500E+02 1.000E+02 2.508E-01 1.132E-02 1.131E-02 |
| 2.000E+02 1.000E+02 2.510E-01 2.151E-02 8.606E-11 |
| Job concluded |
表 IV 顯示，在 150Hz 時(shí)，開(kāi)關(guān)導通，節點(diǎn) （4） 的電壓轉移到節點(diǎn) （5）。
圖：5. 帶頻率相關(guān)開(kāi)關(guān)的交流電源電路
圖 5 顯示了具有電流控制電流源的交流電源電路。表 V 顯示了圖 5 中開(kāi)關(guān)描述和作的網(wǎng)表。開(kāi)關(guān)用符號 S1 描述。
表 V. 開(kāi)關(guān)運行頻率說(shuō)明（圖 5）
| **** 10/15/23 19:35:45 ****** PSpice Lite (October 2012) ****** ID# 10813 **** |
| Frequency-dependent AC switch simulation |
| Circuit description |
| V2 1 0 AC 100 |
| R13 1 2 400 |
| FG1 2 0 V2 1 |
| L23 2 3 0.01 |
| R30 3 0 500 |
| C34 3 4 0.1UF |
| L46 4 6 0.5 |
| C60 6 0 0.1 |
| E45 4 5 LAPLACE {I(E45)} = {(ABS(S)/(2.0*3.14159265359)-150)*1E10} |
| R40 5 0 2000 |
| .AC LIN 4 50 200 |
| .PRINT AC VM(1) VM(3) VM(4) VM(5) |
| .OP |
| .end |
| **** 10/15/23 19:35:45 ****** PSpice Lite (October 2012) ****** ID# 10813 **** |
| Frequency-dependent AC switch simulation |
| Small signal bias solution Temperature = 27.000 DEG C |
| Node voltage |
| ( 1) 0.0000 ( 2) 0.0000 ( 3) 0.0000 ( 4) 0.0000 |
| ( 5) 0.0000 ( 6) 0.0000 |
| Voltage source currents |
| Name Current |
| V2 0.000E+00 |
| Total power dissipation 0.00E+00 watts |
| **** 10/15/23 19:35:45 ****** PSpice Lite (October 2012) ****** ID# 10813 **** |
| Frequency-dependent AC switch simulation |
| Operating Point Information Temperature = 27.000 DEG C |
| Voltage-controlled voltage sources |
| Name E45 |
| V-source 0.000E+00 |
| I-source 0.000E+00 |
| Current-controlled current sources |
| Name FG1 |
| I-source 0.000E+00 |
| **** 10/15/23 19:35:45 ****** PSpice Lite (October 2012) ****** ID# 10813 **** |
| Frequency-dependent AC switch simulation |
| AC analysis Temperature =27.000 DEG C |
| FREQ VM(1) VM(3) VM(4) VM(5) |
| 5.000E+01 1.000E+02 7.143E+01 3.542E-01 7.083E-10 |
| 1.000E+02 1.000E+02 7.144E+01 1.438E+00 5.754E-09 |
| 1.500E+02 1.000E+02 7.144E+01 3.224E+00 3.220E+00 |
| 2.000E+02 1.000E+02 7.147E+01 6.126E+00 2.451E-08 |
| Job concluded |
| **** 10/15/23 19:35:45 ****** PSpice Lite (October 2012) ****** ID# 10813 **** |
| Frequency-dependent AC switch simulation |
| Job statistics summary |
頻率相關(guān)系統的開(kāi)關(guān)募集因應用而異?？梢酝ㄟ^(guò)不同的方式評估和比較交換機性能。這些開(kāi)關(guān)可以在設計階段用于不同的頻率范圍和功率水平。
頻率相關(guān)開(kāi)關(guān)配置旨在適應 PSpice 仿真程序，用于電子電路（1700Hz、150Hz）。該開(kāi)關(guān)使用 PSpice 仿真軟件在頻域中使用四種類(lèi)型的交流電路進(jìn)行測試和驗證。具有仿真經(jīng)驗的工程師可以實(shí)施這些概念設計并滿(mǎn)足當今先進(jìn)的系統要求。
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