PSpice电路仿真攻略-AD637高精度有效值转换芯片模型为例

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导读：世间的专业书籍和设备图纸应该是应有尽有，从简单到复杂、从理论到实际、从典型应用到成套设计，前者可能相对容易、但是后者通常更加复杂。当碰到一张图纸、十张图纸、上百张图纸需要分析透彻、改进、实际应用的时候应该如何办呢？应该按照何种分析思路或者方法将其先分解后合成、最后去粗取精去伪存真、最终改进实际应用？

学会学习-张东辉2020-6-26

一、模拟电路仿真的三步学习法

第1步：按照电路复杂程度逐级递进——典型电路、实际应用电路、成套设备图纸；
第2步：每级电路按照工作原理分析、仿真计算、样机测试逐层推进；
第3步：每层按照直流分析、时域分析（开环闭环）、频域分析（开环闭环）流程进行系统全面测试；

总之，工作原理分析、仿真计算、样机测试三者数据应该一致；时域分析与频域分析应该一致；典型电路与实际应用电路和成套设备图纸的统一与差别应该透彻理解：理想与现实的三境界——看山是山看水是水，看山不是山看水不是水，看山还是山看水还是水。

一、利用分离元件搭建模型并测试：PS——test2

AD637为高精度有效值转换芯片，量程为0~7V，准确度为±(0.05%RDG＋0.25mV)，输入阻抗100MΩ；当VIN=200mV（RMS）时最高频fmzx=600kHz；当VIN≥1V时最高频率fmzx=8MHz。

AD637采用激光修正的先进工艺制造而成, 通常情况下不需要外部调整元件，唯一的外围元件为外部电容CAV，该电容的选择至关重要，影响测量准确度和响应时间等重要参数，尽管增加CAV的容量可以减少纹波电压产生的交流误差，但稳定时间也会按比例增加，使测量时间大为延长。

芯片内部有独立的缓冲放大器，既可作为输入缓冲器，也可构成有源滤波器以减少纹波, 提高测量准确度。输入端具有过压保护电路, 即使输入电压VIN 超过电源电压通常也不会损坏芯片。电源电压范围很宽，从士3至士18V均可。

AD637功能原理图

AD637的功能原理如上图所示，主要包括四部分：

绝对值电压电流转换（ABSOLUTE VALUE VOLTAGE——CURRENTCONVERTER）
平方/ 除法器（ONE QUADRANTSQUARER/DIVIDER）
滤波放大电器（FILTER/AMPLIFIER）
缓冲放大器（BUFFER AMPLIFIER）

计算公式为：

直流或交流输入电压，经过整流器A1、A2转化为单极电流，I1驱动平方除法器电路的一个输入端，平方除法器完成的运算为：

平方除法器的输出电流I4驱动A4和外部的平均电容CAV构成低通滤波器，该滤波器的输出给A3提供分母电流I3，并返回至平方/除法器完成真有效值计算：

从而使得：

仿真电路仿真电路元器件列表

输入输出电压波形

输入输出电压放**形

有效值的最大值为1.004V，最小值为1.001V，最大误差约千分之四

输入为幅值1.414V、频率1kHz的正弦波；输出为有效值1V，实现交流有效值变换功能。

二、利用层电路测试实际有效值转换电路：PS—practicaldesign

实际测试电路

上图为数字万用表的实际交流有效值测量电路，包括输入级的交流滤波、隔直、增益调节电路和输出级的AD637有效值转换电路。电容C4和C8实现输入信号的隔直，电阻R3与R1的比值确定增益放大倍数，其它阻容元件实现交流滤波功能。AD637和滤波电容C1实现交流有效值转换，电容C1通常取值为1uF—10uF。

输入输出电压波形

输入输出电压放**形

上图为输入、输出电压波形。当输入信号频率为10kHz，有效值为1V时，输出放大2倍，有效值为2V，最大误差约万分之四。

滤波器频率特性测试

仿真设置：频率从1Hz至1megHz，对数变化，每十倍频20点

滤波器的频率特性曲线

对输入滤波器进行频率特性测试，仿真电路、仿真设置和频率特性曲线分别如上图所示。频率特性曲线中蓝色为相频曲线，红色为幅频曲线。滤波电路为反相放大器，所以通频率带移相为180度；放大倍数为2倍，即6dB。利用3dB测量函数测量频带宽度：Bandwidth_Bandpass_3dB(DB(V(FOUT)))=124.7kHz
3dB带宽测量

三、我的精品课《PSpice电路仿真入门进阶7讲》

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PSpice电路仿真入门进阶7讲-手把手教电路图/层电路绘制 5项仿真功能

1、本课适合那些人学习：

学习型模拟电路仿真工程师
理工科院校学生
从事模拟电路仿真与设计的工程师

2、对学员的帮助是什么：

本课程提供零基础学习Pspice电路仿真功能与高级仿真分析，使得用户能够利用仿真软件对电子电路功能进行正确分析，然后根据实际应用进行改进设计。用户可以学到以下内容

PSpice仿真电路图绘制、快捷键、数值缩写；
瞬态仿真分析与设置；
直流扫描仿真分析；
交流扫描仿真分析；
参数扫描仿真分析；
直流工作点仿真分析；
层电路仿真分析
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3、讲师介绍

张东辉，18年模拟电路设计与PSpice仿真分析从业经验，主要从事精密测试设备研制与生产，硕士学历；能够对模拟电路进行系统地分析和设计，能够独立设计线性电源、精密测试设备、运放模拟电路，并对其反馈、信号调理和隔离具有深入研究；精通PSpice电路仿真软件，能够熟练使用DXP PROTELL制板软件，能够使用数学分析软件Mathcad2001、Origin、Maple、Mathematica 5对复杂函数进行计算、图形分析，对复杂的模拟电路进行微分方程的求解以及产品的概率统计。

已出版书籍：

《基于OrCAD Capture和PSpice的模拟电路设计与仿真》
《PSPICE和MATLAB综合电路仿真与分析》
《PSpice元器件模型建立及应用》
《精通电子学》
《基于OrCAD Capture和PSpice的模拟电路设计与仿真——第2版》
《线性电路传递函数快速分析技术》
《线性电源设计实例——原理剖析、制作调试、性能提升》

实际案例：

1、精密恒流源：测试碳纤维用精密恒流源，输出电流0-300.00mA，最大输出电压300V，电流分辨率10µA，不确定度优于万分之一。该电源采用双回路反馈，使得输出级更加稳定。该电路由数字和模拟电路两部分组成，数字部分主要由16位D/A构成，负责控制输出电流的大小；模拟部分主要由分立元件组成，完成信号的放大与功率输出。该电源已经交付多年，经用户反馈，电源输出稳定，精度高，安全可靠。

2、精密电压源：a、输出电压范围：-20mV~ 40mV连续可调，分辨率1μV，误差：1μV，长期稳定性好，可用于传感器等精密设备的调试、生产。b、输出电压范围：0——1000V连续可调直流电源，最大功率50W。

3、变送器：负责变送器电路设计、装配调试等工作；温度和热流变送器主要用于信号的放大与调理，要求精度高、线性好、抗冲击抗干扰能力强；该产品已交付230套，工作稳定可靠，长期工作稳定性良好。

4、高压脉冲电源：输出电压10-30kV，脉冲宽度200ns~1μs，最高频率4k，最大功率8kJ/s，可用于学校、科研院所研究试验用，以及工厂的除尘等应用。

参考书籍：《线性电源设计实例——原理剖析、制作调试、性能提升》——4.5.2节

作者：张东辉仿真秀专栏作者

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来源：仿真秀App

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首次发布时间：2022-08-17