【正文】 點信號的具體情況，設置好各測試儀器儀表的參數(shù)。若事先難以準確確定其參數(shù)， 22 也可以在啟動仿真之后再來進行調整。 本次仿真中 各儀表的具體參數(shù) 設置情況可在后續(xù)的截圖中看到，在此不一一詳述。 采用默認仿真參數(shù)設置，啟動仿真，并觀測（可在仿真運行過程中或者停止運行之后觀測）各儀器儀表的結果，必要時調整儀器儀表的設置以獲得更好的觀測效果。對仿真結果的分析主要包括以下幾個方面：（ 1）觀察各關鍵點的結果是否與預期結果吻合 ， 以確定電路 基本 功能是否正常；（ 2） 對一些關鍵信號和關鍵參數(shù)進行 定量分析 ，以確定是否滿足工程實際的需要，或者是否與理論分析相吻合 ；（ 3）改變激勵信號或修改電路元件參數(shù)， 對不同激勵和不同元件參數(shù)條件下電路的工作狀態(tài) 進行對比分析 。 本小節(jié)主要分析 前 2 個方面的結果。 示波器仿真測試結果分析 4 通道示波器 XSC1 的測試結果如圖 718 所示 ，從上到下依次為：輸入信號 （ A 通道） 、取樣脈沖序列 （ B 通道） 、取樣信號 （ C 通道） 、恢復輸出信號 （ D 通道） 。 首先，從各點信號的波形形狀可知，與 信號取樣與 恢復電路 的基本工作原理和預期結果是吻合的（各點波形形狀及其特點可進一步闡述）。定量分析可以 考察 以下 兩 個方面： （ 1）采用模擬開關取樣電路的取樣特性：由式（ 715）可知，采用模擬開關取樣時，取樣脈沖序列的幅度只要滿足模擬開關的控制需要，對取樣結果的幅度不會 有影響。例如，圖 718 中 T1 時標點：輸入信號幅度為 ，取樣輸出幅度為 ，兩者基本相等，其微小差異是由模擬開關的導通電阻壓降所導致的。取樣脈沖序列的幅度為 ，但它對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行仿真對比） 。 圖 718 4 通道示波器測試結果 23 （ 2）恢復信號與輸入信號的相位和幅度差異，相位差異主要是由恢復濾波器的相頻響應決定，幅度差異取決于恢復濾波器的幅頻響應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 時的結果，與此處取樣頻率為 8kHz 的結果相比，兩者無明顯差異，說明取樣頻率對輸入輸出信號的相位 和幅度差異 基本不會有什么影響。 Bode 圖分析儀仿真測試結果分析 要進一步分析恢復濾波器是如何影響輸入輸出信號的相位和幅度 差異，則需進一步考察恢復濾波器的頻率響應。該頻率響應可以根據(jù)對恢復濾波電路的理論分析，獲取數(shù)學模型（見式（ 716）、（ 717）），然后用 Matlab 等數(shù)學工具軟件 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，采用 Matlab 軟件獲取頻率響應并進行相關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（包括幅頻響應與相頻響應）如圖 719 所示。注意圖中 XBP XBP2 采用了不同的標 尺刻度。 (a) 二階壓控電壓源低通濾波器幅頻響應（ XBP1） 24 (b) 二階壓控電壓源低通濾波器相頻響應（ XBP1） (c) 阻容無源濾波電路幅頻響應（ XBP2） (d) 阻容無源濾波電路相頻響應（ XBP2） 圖 719 Bode 圖分析儀 XBP1 和 XBP2 測試結果 圖 719 分別精確定位了兩級濾波器在 1kHz 頻率點出的幅頻和相頻特性，據(jù)此可直接定量分析取樣信號恢復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為 176。（圖 719(b)） ，即滯后 176。，阻容無源濾波電路相頻響應為 176。（圖 719(d)），即滯后 176。兩級濾波累計滯后為 +=176。，與式（ 719）、（ 721）的 實測 結果基本一致。 （ 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為 （圖 719(a)），阻容無源濾波電路幅頻響應為 （圖 719(c)）。兩級濾波串聯(lián)幅頻響應為 =。此外，輸入輸出幅度差異還與取樣脈沖序列占空比有關，由式（ 75）可知，在無混疊 條件下，主延拓的幅度與占空比 sT? 的關系為 (0)= sA E T? (723) 此處 =1E ，占空比取 20%，故 (0)= ? ? 。綜合前面的結果，輸入輸出幅度比值（輸出 /輸入）理論值為 =，與式（ 720）、（ 722）的實測結果基本一致。 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的 3dB（相對于通帶）處，對應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為 2，故截止頻率處的幅頻響應為 2 =，因此，在 Bode 圖分析結果中幅 頻響應 為 處所對應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 的截止頻率實測結果 ，實測截止頻率為。 可以將該結果與理論分析結果進行比較，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果分析 頻譜分析儀 XSA1~XSA4 的仿真測試結果如圖 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 針對幾個關鍵峰值進行簡要定量分析。 圖 721(a)中， 1kHz 輸入信號幅度為 ，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。采用恢復濾波器恢復之后，圖 721(c)中， 1kHz 輸出信號的幅度為 ，與圖718 示波器測量值 基本一致，也與 = 的理論結果相吻合。 對于頻譜圖中其它峰值頻率點信號幅度之間的關系，可以根據(jù)取樣的原理和恢復濾波器的幅頻響應，進行詳細的定量分析，此項工作由讀者自行完成。 (a) 輸入信號頻譜（ XSA1） (b) 取樣脈沖序列頻譜（ XSA2） 27 (c) 取樣信號頻譜（ XSA3） (d) 恢復輸出信號頻譜（ XSA4） 圖 721 頻譜分析儀 XSA1~XSA4 仿真測 試結果 有混疊條件下信號取樣與恢復電路仿真分析 仿真設置和運行 首先按照有混疊的條件，確定所采用的仿真輸入信號和取樣脈沖序列：（ 1）輸入信號采用 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)此對仿真電路中的激勵信號源 XFG1 和 XFG2 進行設置。其它設置與無混疊時相同。 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行，不再一一贅述。下面重點分析在有混疊條件下，取樣與恢復結果與無混疊時有何差異。 示波器 仿真測試結果分析 4 通道示波器 XSC1 的測試結果如圖 722 所示，從上到下仍然依次為：輸入信號（ A 通道）、取樣脈沖序列（ B 通道）、取樣信號（ C 通道）、恢復輸出信號（ D 通道）。與圖 718 相比， 最主要的差 28 異是恢復信號與輸入信號的頻率不相同。輸入為 7kHz 信號，取樣恢復的輸出卻為 1kHz 信號，其原理已經在 節(jié)進行了分析。輸入信號的峰值為 ，而輸出信號的峰值為 ，該結果也可以通過理論分析進行驗證： 因為 節(jié)理論分析過程中采用的恢復濾波器為理想低通濾波器，通帶幅頻響應恒為 5，而本電路在 1kHz 處恢復濾波器的幅頻響應為 。根據(jù)式（ 714），恢復輸出信號的理論幅值應該為 1 .9 3 0 Sa 4 .8 2 9 1 .7 4 4 V55???? ? ????? (724) 與實測值基本吻合。 圖 722 有混疊條件下的取樣與恢復信號波形 頻譜分析儀仿真測試結果分析 頻譜分析儀 XSA XSA XSA4 的仿真測試結果如圖 723 所示 ，此處重點關注圖 723(b)所示的取樣信號波形。由于混疊的原因，第 1 個周期延拓（中心頻率為 8kHz）左側的頻譜峰值（距離中心頻率 7kHz）正好混疊到頻率為 1kHz 處，也就是恢復之后的信號基波頻率所處的位置。 29 (a) 輸入信號頻譜（ XSA1） (b) 取樣信號頻譜（ XSA3） (c) 恢復輸出信號頻譜（ XSA4） 圖 723 有混疊條件下的取樣與恢復信號頻譜 Multisim 仿真結果的輸出 將仿真分析得到的結果（數(shù)據(jù)、波形等）輸出到其它軟件（如 Word、 Matlab）中，是在實際工 30 作中經常面臨的問題 。 Multisim 中仿真結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果轉換為圖片 ，然后再 插入 到其它軟件中。本指導書前面幾節(jié)均采用此方式輸出仿真結果并插入到 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量，還能將測試結果保存為數(shù)據(jù)文件，供其它軟件（如 Matlab）使用。 選擇 View 菜單下的 Grapher 項（或點擊工具欄上相應圖標），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，每個儀表對應窗口中的一個標簽，選擇相應標簽即可顯示對應儀表的測試結果。圖 724 中 顯示的即是 4 通道示波器 XSC1 的測試結果。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果（包括圖形和數(shù)值）。這些仿真工具包括直流工作點分析、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。各種分析工具的具體使用方法請參閱相關文獻。圖725 給出了一個對取樣輸出信號（有混疊條件下）進行傅里葉分析的結果， 其波形 與 XSA3 的測試結果類似 ，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（測試儀表結果） 31 圖 725 Grapher View 窗口（取樣輸出信號傅里葉分析結果） 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，取決于選定的對象是波形還是表格），則將把選定對象復制到剪貼板，可以插入到其它文檔 或者其它 Grapher View 標簽 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果如圖 726，圖 725中傅里葉分析 波形的拷貝輸出的結果則示于圖 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。