在上一期文章中，我们介绍了主要类型的电压和电流发生器的操作和使用。在本文中，我们将继续探索，介绍其他类型的发生器，其中一些发生器非常复杂且不可替代。
上一篇文章中介绍的发生器非常简单，能在一段时间内提供相当恒定的电压和电流，有时还能遵循某些精心编程的模式。在本文中，我们将应用和使用复杂的信号发生器，它们可以产生定制的电压和电流。很多时候，设计人员需要的信号并不是恒定的，而是不确定的，有时甚至是随机的。
如图1所示，我们将在本期中研究的发生器如下：
这些纯粹都是设计人员可编程发生器，可以根据设计要求提供定制的信号电平。
图1：电压和电流相关的发生器
这种类型的发生器与其他相关发生器的原理相同，因此我们仅对此组件进行说明。它检测输入节点之间的电压，并在输出节点处产生电压。后者由“增益”参数决定。图2中的示例可以澄清所有疑问。其中，5V的V1发生器为E3发生器提供15的“增益”。因此，该发生器的输出为5*15=75V。可以看出，示例接线图包括一个固定的DC电压发生器(V1)和相关发生器(E1)。在任何工作配置下，后者产生的电压都是V1的15倍。因此，它是用于生成与电路中另一电压或电流相关的电压的组件。
图2：相关电压发生器的行为
同样，这种类型的发生器遵循与同类其他电流发生器相同的原理，因此我们仅对该组件进行说明。行为电压源是一个非常重要的组件，与传统的电压源不同，它可以根据用户定义的特定数学公式或关系来生成电压。这种数学关系可以涉及自定义变量、函数和参数，为生成的电压的表达提供了高度的灵活性。
由于这一特性，这种电压(或电流)发生器被广泛用于复杂电子元件和动态系统的建模，例如运算放大器、信号发生器、控制电路、传感器等。在输入和输出电压之间创建自定义关系的能力，为电子工程师提供了强大的电路分析和优化工具，使他们能够对各种工作条件下的系统响应进行准确的预测性模拟。换句话说，此类发生器的电压输出是自变量数学函数的结果。可以想象，它的应用范围非常广泛，可以轻松地确定传感器或任何其他组件的特性。由于这种发生器是最有用和最重要的发生器之一，因此我们将通过几个例子来充分了解它的操作和实际应用。
可以使用该组件创建正弦电压发生器，但在这种情况下，可以直接使用软件中最合适的组件。图3显示了一个简单的电路图，由行为发生器和1kΩ电阻负载组成。该组件的第一个属性包含了生成频率为50Hz、峰值幅度为1V的正弦信号的公式。在同一图中，波形图表示输出节点处的正弦信号。通过“.tran0.1”指令，可以在100mS的时间内观察该电压，其中有五个连续的正弦波相继出现。下面列出了一些用于生成具有不同特性的正弦信号的数学公式示例：
在公式中可以看出，只需指定最大频率和电压即可获得所需的正弦波。此外，横坐标(x轴)由变量“时间”处理，它描述了仿真时间，以秒为单位。
图3：使用行为电压源实现的正弦发生器
通过简单地改变数学公式，就可以生成具有可变频率和振幅的三角波信号，以满足您的需求。可以通过改变信号发生器的公式来获得所需的波形。例如，图4显示了一个周期为10mS、振幅为1V的典型三角波。描述三角波信号的公式是下面列表中的第一个公式。同样的公式还可用于生成具有不同特性的三角波信号：
图4：使用行为电压源制作的三角波发生器
这个例子相当复杂，但却异常有用。例如，需要仿真一个温度传感器，该传感器在一天内采集一系列环境温度，每小时采集一次。这是一个使用LM35传感器的理论示例，该传感器每摄氏度返回10mV的模拟电压，因此通过读取电压可以轻松计算出温度。传感器每小时进行的测量结果如下：
| 时间 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 |
| LM35 | 0.18 | 0.182 | 0.175 | 0.17 | 0.182 | 0.19 | 0.194 | 0.196 | 0.207 | 0.218 | 0.227 | 0.245 |
| 时间 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17号 | 18 | 19 | 20 | 22 | 23 | 23 |
| LM35 | 0.271 | 0.29 | 0.296 | 0.31 | 0.305 | 0.302 | 0.26 | 0.242 | 0.229 | 0.212 | 0.196 | 0.184 |
图5中的图表显示了LM35传感器返回的电压与温度和点的插值函数的关系曲线。红色是传感器返回电压的实际测量值，而蓝色则是一个函数，很好地反映了信号在时域中的数学趋势：
该多项式将作为数据库插入QSPICE的电压发生器中。
图5：实际测量值和插值多项式的图表
因此，创建图6中的电路图，我们可以观察到一个1K电阻负载和一个行为发生器，其中必须输入以下公式：
V=0.17778+1.4357e-5*时间^4+1.9306e-11*时间^8-8.56e-7*时间^5
可以看出，“x”已替换为变量“时间”，因为该图位于时域中并且代表x轴。在接线图中，我们有以下组件：
利用这种技术，可以制造出能够提供任何类型信号的信号发生器，这些信号可以用数学方程来表示。因此，其应用范围是无限的。不过，如果需要温度传感器记录的精确序列，可以使用PWL文件技术，下一篇文章将对此进行说明。
图6：行为电压源的电路图，代表24小时内测量的环境温度趋势
在本期的QSPICE课程中，我们探讨了更多类型的电压和电流发生器，其中一些对设计人员来说非常有用但是也非常复杂。我们已经看到了几类发生器，每一类都具有独特的特性和特定的电压。
“电压相关电压源”是一种通过"增益"参数产生与输入电压相关的输出电压的发生器。该组件可用于根据电路中的其他电压或电流生成自定义电压。
“行为电压源”是一种高度通用的发生器，可以根据特定的数学公式生成电压，从而使生成的电压具有多种可能性。这种类型的发生器对于复杂电子元件和动态系统的建模至关重要。利用它，我们尝试生成了正弦电压和三角电压，以及温度传感器提供的电压表示。这些示例展示了该组件在电子设计中的广泛适用性和强大功能。
有了它们，设计人员就拥有了功能强大、用途广泛的工具来创建自定义信号并对复杂的电子元件进行建模。这些技术有助于实现先进的电子电路和优化系统性能。
(原文刊登于EDN姊妹网站Power Electronics News，参考链接：QSPICE: The Various Types of Power Sources (Part 4)，由Ricardo Xie编译。)
最前沿的电子设计资讯
