【正文】 點(diǎn)信號(hào)的具體情況，設(shè)置好各測試儀器儀表的參數(shù)。若事先難以準(zhǔn)確確定其參數(shù)， 22 也可以在啟動(dòng)仿真之后再來進(jìn)行調(diào)整。 本次仿真中 各儀表的具體參數(shù) 設(shè)置情況可在后續(xù)的截圖中看到，在此不一一詳述。 采用默認(rèn)仿真參數(shù)設(shè)置，啟動(dòng)仿真，并觀測（可在仿真運(yùn)行過程中或者停止運(yùn)行之后觀測）各儀器儀表的結(jié)果，必要時(shí)調(diào)整儀器儀表的設(shè)置以獲得更好的觀測效果。對(duì)仿真結(jié)果的分析主要包括以下幾個(gè)方面：（ 1）觀察各關(guān)鍵點(diǎn)的結(jié)果是否與預(yù)期結(jié)果吻合 ， 以確定電路 基本 功能是否正常；（ 2） 對(duì)一些關(guān)鍵信號(hào)和關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行 定量分析 ，以確定是否滿足工程實(shí)際的需要，或者是否與理論分析相吻合 ；（ 3）改變激勵(lì)信號(hào)或修改電路元件參數(shù)， 對(duì)不同激勵(lì)和不同元件參數(shù)條件下電路的工作狀態(tài) 進(jìn)行對(duì)比分析 。 本小節(jié)主要分析 前 2 個(gè)方面的結(jié)果。 示波器仿真測試結(jié)果分析 4 通道示波器 XSC1 的測試結(jié)果如圖 718 所示 ，從上到下依次為：輸入信號(hào) （ A 通道） 、取樣脈沖序列 （ B 通道） 、取樣信號(hào) （ C 通道） 、恢復(fù)輸出信號(hào) （ D 通道） 。 首先，從各點(diǎn)信號(hào)的波形形狀可知，與 信號(hào)取樣與 恢復(fù)電路 的基本工作原理和預(yù)期結(jié)果是吻合的（各點(diǎn)波形形狀及其特點(diǎn)可進(jìn)一步闡述）。定量分析可以 考察 以下 兩 個(gè)方面： （ 1）采用模擬開關(guān)取樣電路的取樣特性：由式（ 715）可知，采用模擬開關(guān)取樣時(shí)，取樣脈沖序列的幅度只要滿足模擬開關(guān)的控制需要，對(duì)取樣結(jié)果的幅度不會(huì) 有影響。例如，圖 718 中 T1 時(shí)標(biāo)點(diǎn)：輸入信號(hào)幅度為 ，取樣輸出幅度為 ，兩者基本相等，其微小差異是由模擬開關(guān)的導(dǎo)通電阻壓降所導(dǎo)致的。取樣脈沖序列的幅度為 ，但它對(duì)取樣輸出幅度無影響（可嘗試用其它幅度的取樣脈沖序列進(jìn)行仿真對(duì)比） 。 圖 718 4 通道示波器測試結(jié)果 23 （ 2）恢復(fù)信號(hào)與輸入信號(hào)的相位和幅度差異，相位差異主要是由恢復(fù)濾波器的相頻響應(yīng)決定，幅度差異取決于恢復(fù)濾波器的幅頻響應(yīng)以及取樣脈沖序列的占空比。與式（ 719）和式（ 720）的分析類似， 根據(jù)圖 718，可求得輸入輸出信號(hào)相位差 （輸出滯后輸入） 和幅度比值 （輸出 /輸入） 分別為 32 1 6 .7 8 2 3 6 0 7 8 .01 1 0? ? ? ? ?? (721) ?? (722) 式（ 719）是在取樣頻率為 16kHz 時(shí)的結(jié)果，與此處取樣頻率為 8kHz 的結(jié)果相比，兩者無明顯差異，說明取樣頻率對(duì)輸入輸出信號(hào)的相位 和幅度差異 基本不會(huì)有什么影響。 Bode 圖分析儀仿真測試結(jié)果分析 要進(jìn)一步分析恢復(fù)濾波器是如何影響輸入輸出信號(hào)的相位和幅度 差異，則需進(jìn)一步考察恢復(fù)濾波器的頻率響應(yīng)。該頻率響應(yīng)可以根據(jù)對(duì)恢復(fù)濾波電路的理論分析，獲取數(shù)學(xué)模型（見式（ 716）、（ 717）），然后用 Matlab 等數(shù)學(xué)工具軟件 來獲取，也可以在 Multisim 中用 Bode 圖分析儀測出。此處僅采用 Bode圖分析儀測取的頻率響應(yīng)，采用 Matlab 軟件獲取頻率響應(yīng)并進(jìn)行相關(guān)分析的過程由讀者自行完成。 Bode 圖分析儀 XBP1 和 XBP2 測得的二階壓控電壓源低通濾波器和 阻容無源濾波電路的頻率響應(yīng)（包括幅頻響應(yīng)與相頻響應(yīng)）如圖 719 所示。注意圖中 XBP XBP2 采用了不同的標(biāo) 尺刻度。 (a) 二階壓控電壓源低通濾波器幅頻響應(yīng)（ XBP1） 24 (b) 二階壓控電壓源低通濾波器相頻響應(yīng)（ XBP1） (c) 阻容無源濾波電路幅頻響應(yīng)（ XBP2） (d) 阻容無源濾波電路相頻響應(yīng)（ XBP2） 圖 719 Bode 圖分析儀 XBP1 和 XBP2 測試結(jié)果 圖 719 分別精確定位了兩級(jí)濾波器在 1kHz 頻率點(diǎn)出的幅頻和相頻特性，據(jù)此可直接定量分析取樣信號(hào)恢復(fù)前后的幅度和相位差異： 25 （ 1）相位差異分析。在 1kHz 處，二階壓控電壓源低通濾波器的相頻響應(yīng)為 176。（圖 719(b)） ，即滯后 176。，阻容無源濾波電路相頻響應(yīng)為 176。（圖 719(d)），即滯后 176。兩級(jí)濾波累計(jì)滯后為 +=176。，與式（ 719）、（ 721）的 實(shí)測 結(jié)果基本一致。 （ 2）幅度差異分析。 1kHz 處，二階壓控電壓源低通濾波器的幅頻響應(yīng)為 （圖 719(a)），阻容無源濾波電路幅頻響應(yīng)為 （圖 719(c)）。兩級(jí)濾波串聯(lián)幅頻響應(yīng)為 =。此外，輸入輸出幅度差異還與取樣脈沖序列占空比有關(guān)，由式（ 75）可知，在無混疊 條件下，主延拓的幅度與占空比 sT? 的關(guān)系為 (0)= sA E T? (723) 此處 =1E ，占空比取 20%，故 (0)= ? ? 。綜合前面的結(jié)果，輸入輸出幅度比值（輸出 /輸入）理論值為 =，與式（ 720）、（ 722）的實(shí)測結(jié)果基本一致。 此外，利用 Bode 圖分析儀，還可以測定濾波器的截止頻率。下面以二階壓控電壓源低通濾波器為例進(jìn)行 說明。 根據(jù)截止頻率的一般定義，截止頻率取為幅頻響應(yīng)的 3dB（相對(duì)于通帶）處，對(duì)應(yīng)線性刻度為通帶幅度的 倍處。二階壓控電壓源低通濾波器的理論通帶幅頻響應(yīng)為 2，故截止頻率處的幅頻響應(yīng)為 2 =，因此，在 Bode 圖分析結(jié)果中幅 頻響應(yīng) 為 處所對(duì)應(yīng)的頻率即為截止頻率。圖 720 給出了圖 710 所示二階壓控電壓源低通濾波器 的截止頻率實(shí)測結(jié)果 ，實(shí)測截止頻率為。 可以將該結(jié)果與理論分析結(jié)果進(jìn)行比較，此處從略。 圖 720 用 Bode 圖分析儀測 定二階壓控電壓源低通濾波 器的截止頻率 頻譜分析儀仿真測試結(jié)果分析 頻譜分析儀 XSA1~XSA4 的仿真測試結(jié)果如圖 721 所示。各圖中頻譜的形狀、各 頻譜 峰值 的來 26 源及其 所處頻率等 原理 分析由讀者自行完成。此處 僅 針對(duì)幾個(gè)關(guān)鍵峰值進(jìn)行簡要定量分析。 圖 721(a)中， 1kHz 輸入信號(hào)幅度為 ，與圖 718 示波器測量值 基本一致。在采用占空比 20%的取樣脈沖序列取樣后，圖 721(c)中， 1kHz 基波的幅度為 ，與 *=的理論值基本吻合。采用恢復(fù)濾波器恢復(fù)之后，圖 721(c)中， 1kHz 輸出信號(hào)的幅度為 ，與圖718 示波器測量值 基本一致，也與 = 的理論結(jié)果相吻合。 對(duì)于頻譜圖中其它峰值頻率點(diǎn)信號(hào)幅度之間的關(guān)系，可以根據(jù)取樣的原理和恢復(fù)濾波器的幅頻響應(yīng)，進(jìn)行詳細(xì)的定量分析，此項(xiàng)工作由讀者自行完成。 (a) 輸入信號(hào)頻譜（ XSA1） (b) 取樣脈沖序列頻譜（ XSA2） 27 (c) 取樣信號(hào)頻譜（ XSA3） (d) 恢復(fù)輸出信號(hào)頻譜（ XSA4） 圖 721 頻譜分析儀 XSA1~XSA4 仿真測 試結(jié)果 有混疊條件下信號(hào)取樣與恢復(fù)電路仿真分析 仿真設(shè)置和運(yùn)行 首先按照有混疊的條件，確定所采用的仿真輸入信號(hào)和取樣脈沖序列：（ 1）輸入信號(hào)采用 7kHz正弦波，幅度為 5V 峰峰值；（ 2）取樣脈沖序列仍采用 8kHz 矩形脈沖，占空比 20%，幅度 5V。并據(jù)此對(duì)仿真電路中的激勵(lì)信號(hào)源 XFG1 和 XFG2 進(jìn)行設(shè)置。其它設(shè)置與無混疊時(shí)相同。 有混疊條件下的各仿真測試波形分析可參照無混疊的情形進(jìn)行，不再一一贅述。下面重點(diǎn)分析在有混疊條件下，取樣與恢復(fù)結(jié)果與無混疊時(shí)有何差異。 示波器 仿真測試結(jié)果分析 4 通道示波器 XSC1 的測試結(jié)果如圖 722 所示，從上到下仍然依次為：輸入信號(hào)（ A 通道）、取樣脈沖序列（ B 通道）、取樣信號(hào)（ C 通道）、恢復(fù)輸出信號(hào)（ D 通道）。與圖 718 相比， 最主要的差 28 異是恢復(fù)信號(hào)與輸入信號(hào)的頻率不相同。輸入為 7kHz 信號(hào)，取樣恢復(fù)的輸出卻為 1kHz 信號(hào)，其原理已經(jīng)在 節(jié)進(jìn)行了分析。輸入信號(hào)的峰值為 ，而輸出信號(hào)的峰值為 ，該結(jié)果也可以通過理論分析進(jìn)行驗(yàn)證： 因?yàn)? 節(jié)理論分析過程中采用的恢復(fù)濾波器為理想低通濾波器，通帶幅頻響應(yīng)恒為 5，而本電路在 1kHz 處恢復(fù)濾波器的幅頻響應(yīng)為 。根據(jù)式（ 714），恢復(fù)輸出信號(hào)的理論幅值應(yīng)該為 1 .9 3 0 Sa 4 .8 2 9 1 .7 4 4 V55???? ? ????? (724) 與實(shí)測值基本吻合。 圖 722 有混疊條件下的取樣與恢復(fù)信號(hào)波形 頻譜分析儀仿真測試結(jié)果分析 頻譜分析儀 XSA XSA XSA4 的仿真測試結(jié)果如圖 723 所示 ，此處重點(diǎn)關(guān)注圖 723(b)所示的取樣信號(hào)波形。由于混疊的原因，第 1 個(gè)周期延拓（中心頻率為 8kHz）左側(cè)的頻譜峰值（距離中心頻率 7kHz）正好混疊到頻率為 1kHz 處，也就是恢復(fù)之后的信號(hào)基波頻率所處的位置。 29 (a) 輸入信號(hào)頻譜（ XSA1） (b) 取樣信號(hào)頻譜（ XSA3） (c) 恢復(fù)輸出信號(hào)頻譜（ XSA4） 圖 723 有混疊條件下的取樣與恢復(fù)信號(hào)頻譜 Multisim 仿真結(jié)果的輸出 將仿真分析得到的結(jié)果（數(shù)據(jù)、波形等）輸出到其它軟件（如 Word、 Matlab）中，是在實(shí)際工 30 作中經(jīng)常面臨的問題 。 Multisim 中仿真結(jié)果的輸出有兩種基本方法： 一種比較簡單的方法是通過屏幕截圖的方式， 直接將各種分析測試儀器儀表的仿真結(jié)果轉(zhuǎn)換為圖片 ，然后再 插入 到其它軟件中。本指導(dǎo)書前面幾節(jié)均采用此方式輸出仿真結(jié)果并插入到 Word 文檔中。 另一種更為通用的方法是利用 Multisim 的 Grapher View 窗口，這種方法可以獲得更好的輸出圖片質(zhì)量，還能將測試結(jié)果保存為數(shù)據(jù)文件，供其它軟件（如 Matlab）使用。 選擇 View 菜單下的 Grapher 項(xiàng)（或點(diǎn)擊工具欄上相應(yīng)圖標(biāo)），則可打開如圖 724 所示的 Grapher View 窗口。該窗口將本仿真電路中用到的所有測試儀器儀表集成在一起，每個(gè)儀表對(duì)應(yīng)窗口中的一個(gè)標(biāo)簽，選擇相應(yīng)標(biāo)簽即可顯示對(duì)應(yīng)儀表的測試結(jié)果。圖 724 中 顯示的即是 4 通道示波器 XSC1 的測試結(jié)果。除了測試儀表， Grapher View 還能用于顯示 Multisim 中各種仿真分析工具的結(jié)果（包括圖形和數(shù)值）。這些仿真工具包括直流工作點(diǎn)分析、交流分析、暫態(tài)分析、傅里葉分析、噪聲分析、畸變分析等等，詳見 Simulate 菜單下的 Analyses 項(xiàng)。各種分析工具的具體使用方法請(qǐng)參閱相關(guān)文獻(xiàn)。圖725 給出了一個(gè)對(duì)取樣輸出信號(hào)（有混疊條件下）進(jìn)行傅里葉分析的結(jié)果， 其波形 與 XSA3 的測試結(jié)果類似 ，但它除了波形之外，還能給出各種定量分析數(shù)據(jù)，如各次諧波幅度、總諧波畸變率（ THD）等等 。 圖 724 Grapher View 窗口（測試儀表結(jié)果） 31 圖 725 Grapher View 窗口（取樣輸出信號(hào)傅里葉分析結(jié)果） Grapher View 中顯示的波形，除了可以截圖輸出，它本身還具有波形拷貝功能。在 Grapher View的 Edit 菜單中選擇 Copy Graph（或者 Copy Table，取決于選定的對(duì)象是波形還是表格），則將把選定對(duì)象復(fù)制到剪貼板，可以插入到其它文檔 或者其它 Grapher View 標(biāo)簽 中 （注意，只有波形可以拷貝到Word 文檔中，表格無法拷貝） 。圖 724 中 XSC1 的波形用剪貼板拷貝輸出的結(jié)果如圖 726，圖 725中傅里葉分析 波形的拷貝輸出的結(jié)果則示于圖 727。 圖 726 Grapher View 剪貼板輸出的 XSC1 波形 32 圖 727 Grapher View 剪貼板輸出的傅里葉分析波形 Grapher View 的結(jié)果（包括波形和表格）還能以數(shù)據(jù)的形式輸出。輸出 方式 有兩種選擇：（ 1） Excel表格文件；（ 2）測量文件（支持 lvm、 tdm、 csv、 dlm 等 4 種不同格式）。如果需要將結(jié)果保存為數(shù)據(jù)文件，則可在 Grapher View 的 Tools 菜單中選 擇 Export to Excel 或者 Save Data to Measurement Files。