使用pspice的交流電源信號的頻率相關開關模型
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專為 PSpice 仿真設計的頻率相關開關使專家能夠解決高級系統中的挑戰，無縫集成到各種電子電路中。
本文引用地址：http://www.104case.com/article/202505/470501.htm開關可用于 UHF 或更高無線電頻段中需要通過多個路徑路由信號的任何設備/電路。ATE（自動測試設備）系統中使用不同配置的開關。固態開關可分為兩大類：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信號，
要連接不同的多個輸出，將信號并聯到端口連接，
繞著電路元件或系統路由更改（旁路）電壓，而不是通過電路元件或系統。
通過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關的設計和建模。
模擬方法
描述了使用模擬行為建模獲得不同開關的等效電路的 PSpice 方法。該領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 包含拉普拉斯開關 （E） 和電阻器的線性高功率網絡
圖 2：帶有頻率相關開關 S1 的線性有源高功率網絡
表 I 描述了（圖 1）獲得頻率依賴性的 PSpice 程序，該程序在 1700Hz 時表現為短，在圖 1 的其他工作頻率下變為開路 [相當于執行開關（開/關）動作]。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/關電阻器。
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 |
可以觀察到（表 I），由于 1.7KHz 的開關動作，所有電壓都從節點 （3） 轉移到輸出節點 （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 的開關動作，節點 （4） 的電壓轉移到節點 （5）。在其余頻率下，由于開路節點 （5） 和 （4），輸出電壓為零。表 II 中的 E45 描述使用 PSpice 的模擬行為選項來獲得電源開關。
圖：3. 包含帶電阻器的拉普拉斯開關 （E Laplace） 的高功率網絡
圖：4. 帶有頻率相關開關 S1 的高有效高功率網絡
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 中的開關在 1700Hz 時激活，節點 （3） 的電壓等于節點 （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，開關導通，節點 （4） 的電壓轉移到節點 （5）。
圖：5. 帶頻率相關開關的交流電源電路
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 中開關描述和作的網表。開關用符號 S1 描述。
表 V. 開關運行頻率說明（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 |
頻率相關系統的開關募集因應用而異。可以通過不同的方式評估和比較交換機性能。這些開關可以在設計階段用于不同的頻率范圍和功率水平。
頻率相關開關配置旨在適應 PSpice 仿真程序，用于電子電路（1700Hz、150Hz）。該開關使用 PSpice 仿真軟件在頻域中使用四種類型的交流電路進行測試和驗證。具有仿真經驗的工程師可以實施這些概念設計并滿足當今先進的系統要求。
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