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濾波電路的設(shè)計(jì)與仿真范文第1篇

關(guān)鍵詞： 帶通濾波器； EDA； FilterPro； Proteus； 仿真分析

中圖分類號(hào)： TN911?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2013）10?0024?03

0 引 言

帶通濾波器是一種僅允許特定頻率通過，同時(shí)對(duì)其余頻率的信號(hào)進(jìn)行有效抑制的電路。由于它對(duì)信號(hào)具有選擇性，故而被廣泛地應(yīng)用現(xiàn)在電子設(shè)計(jì)中。但是，帶通濾波器的種類繁多，各個(gè)類型的設(shè)計(jì)差異也很大，這就導(dǎo)致了在傳統(tǒng)濾波器的設(shè)計(jì)方法中不可避免地要進(jìn)行大量的理論計(jì)算與分析，不但損失了寶貴的時(shí)間，同時(shí)也提升了電路的設(shè)計(jì)門檻[1]。為了解決上述弊端，本文介紹了一種使用FilterPro和Proteus相結(jié)合的有源帶通濾波器的設(shè)計(jì)方案，隨著EDA技術(shù)的不斷發(fā)展，這種方法的優(yōu)勢也將越來越明顯。

1 帶通濾波器設(shè)計(jì)工具簡介

1.1 濾波器設(shè)計(jì)軟件FilterPro

FilterPro是美國TI（德州儀器）公司推出的一款優(yōu)秀的濾波器設(shè)計(jì)軟件，它支持低通、高通、帶通以及全通濾波器的設(shè)計(jì)，同時(shí)也支持常見的貝塞爾、巴特沃斯以及切比雪夫響應(yīng)類型。設(shè)計(jì)人員只需要根據(jù)濾波器的設(shè)計(jì)向?qū)О床烤桶嗟赝逻M(jìn)行，就可以得到符合要求的濾波器電路，同時(shí)還可以得到與之相對(duì)應(yīng)的響應(yīng)曲線。但是有一點(diǎn)需要注意：這款軟件的計(jì)算結(jié)果是一個(gè)連續(xù)域的計(jì)算結(jié)果，只有當(dāng)使用的運(yùn)算放大器是絕對(duì)理想的運(yùn)放時(shí)才能得到與所給響應(yīng)曲線完全吻合的響應(yīng)結(jié)果，但這并不影響我們使用它進(jìn)行濾波器的設(shè)計(jì)。因此只需要使用其他基于Spice模型的EDA仿真軟件對(duì)電路進(jìn)行仿真分析和調(diào)整，這就可以設(shè)計(jì)出性能穩(wěn)定的濾波器電路[2]。

1.2 電路仿真軟件Proteus

Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司開發(fā)的一款功能強(qiáng)大的EDA軟件，它自身集成了豐富的元件庫，更具有其他軟件無法與之相媲美的單片機(jī)仿真功能，使得它被廣大單片機(jī)設(shè)計(jì)人員所熟知。其實(shí)Proteus在模擬電子的設(shè)計(jì)與仿真中做的同樣出色，只不過對(duì)它在這方面的介紹較少。

4 結(jié) 語

本文介紹的這種帶通濾波器的設(shè)計(jì)方法具有很強(qiáng)的通用性。實(shí)踐表明，該方法不但可以避免一些復(fù)雜的理論計(jì)算和分析，同時(shí)通過仿真還可以直觀的檢驗(yàn)電路的輸入和輸出，進(jìn)而使得濾波器的性能更加的穩(wěn)定。另外，使用EDA軟件進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和仿真測試也可以有效地降低設(shè)計(jì)難度和設(shè)計(jì)成本，這種設(shè)計(jì)方法也為濾波器的設(shè)計(jì)提供了一種新的設(shè)計(jì)思路。

參考文獻(xiàn)

[1] 童詩白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].4版.北京：高等教育出版社，2010.

（下轉(zhuǎn)第30頁）

[2] Texas Instruments.FilterPro用戶指南[EB/OL].[2011?07?09].http：//.cn/tool/cn/filterpro.

[3] 吳小花.基于Proteus的電子電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2011，34（15）：174?176.

[4] CARTER B， MANCINI R.運(yùn)算放大器權(quán)威指南[M].3版.北京：人民郵電出版社，2010.

濾波電路的設(shè)計(jì)與仿真范文第2篇

關(guān)鍵詞：Multisim 10.0；有源濾波器；Matlab 7.1;驗(yàn)證型；設(shè)計(jì)型

中圖分類號(hào)：TN721.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1004-373X(2008)02-065-03

A New Experiment Method for RC Two-pole Active Filter

XU Faqiang,HU Jiansheng,CHEN Jun,TANG Kai

(Institute of Technology,PLA University of Science and Engineering,Nanjing,210007,China)

Abstract：RC two-pole active filter is a typical circuit for the amplifier and it becomes the popular experiment for students.Normally,students have a little bit of difficult in the theory development and analysis,and it is also hard for them to handle the strange phenomenon in the experiment.In this article,a new method of combination of theory,simulation and experiment has been raised.It can effectively solve the problem.First,based on the circuit,the transfer function is developed and the result is showed with a graph in Matlab7.1,second,the circuit simulation is performed in Multisim10.0.Based on the results obtained,the experiment is made and all data is saved.In the end,all results should be analyzed and will come to the conclusion.Such experiment method is very effect for the testing experiment and designing experiment.The experiment method supposed in this article relates the theory and the test,it is good for the teaching quality and it has raised the student′s interesting for experiment.In the result,the knowledge has been confirmed and ability in experiment has been raised.

Keywords：Multisim 10.0;active filter;Matlab 7.1;verification type;design type

1 仿真軟件簡介

Matlab 7.1是最新版的數(shù)學(xué)計(jì)算軟件，可以對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行直觀的分析，對(duì)理論推導(dǎo)結(jié)果進(jìn)行數(shù)值分析和繪圖，使之具體化形象化，本文用Matlab 7.1對(duì)濾波器通頻帶公式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的繪圖，達(dá)到了更加直觀的效果；Multisim 10.0是一個(gè)用于電子線路仿真與設(shè)計(jì)的EDA軟件，他可在電路和元件的參數(shù)的基礎(chǔ)上，仿真出電路的各種指標(biāo)，比如我們用到的通頻帶，即幅頻特性曲線。

2 RC有源二階低通濾波器

常用的電路形式有2種：Sallen-Key和Multiple-Feedback (MFB)，這里只分析Sallen-Key（如圖1所示），信號(hào)從運(yùn)放的同相端輸入，故濾波器的輸入阻抗很大，輸出阻抗很小，運(yùn)放A和R3 ，R4組成電壓控制的電壓源，因此稱為壓控電壓源（VCVS）有源二階低通濾波器電路。優(yōu)點(diǎn)是電路性能較穩(wěn)定，增益容易調(diào)節(jié)。

典型的RC有源二階低通濾波器有3種：巴特沃斯、貝塞爾和切比雪夫。其中，巴特沃斯濾波器的優(yōu)點(diǎn)是帶內(nèi)平坦，后面會(huì)在設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)中用到。在驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)中，采用圖1所示的電路和參數(shù)，從后面的分析可看出，這是采用Sallen-Key電路形式的非典型的RC有源二階低通濾波器。

3驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)中對(duì)RC有源濾波器的理論推導(dǎo)、繪圖和仿真

（1） 理論推導(dǎo)和Matlab 7.1繪圖

5 結(jié) 語

本文以Sallen-Key電路形式的非典型RC有源低通濾波器的實(shí)驗(yàn)為例，將電路的理論推導(dǎo)、Matlab數(shù)據(jù)繪圖、Multisim電路仿真和實(shí)驗(yàn)測量結(jié)合起來，達(dá)到在理論指導(dǎo)下的數(shù)據(jù)繪圖與電路仿真在理想條件下的一致，電路仿真驗(yàn)證了實(shí)際運(yùn)放的單位增益帶寬指標(biāo)對(duì)通頻帶的影響。本文還根據(jù)巴特沃斯濾波器的標(biāo)準(zhǔn)傳遞函數(shù)，重新修改實(shí)驗(yàn)電路的理論推導(dǎo)結(jié)果，并采用簡化的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)出一個(gè)巴特沃斯RC二階有源低通濾波器，并通過繪圖和仿真得出了電路的通頻帶，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論與仿真達(dá)到和諧統(tǒng)一。在本文提出的實(shí)驗(yàn)方法中，既有理論指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，又有電路軟件虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，最后還有自己動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)。這樣，驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)達(dá)到融會(huì)貫通的效果，設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)達(dá)到了將理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)能力的效果。這種新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式可以推廣到幾乎所有的電路實(shí)驗(yàn)當(dāng)中。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］Donald A Neamen.Electronic Curcuit Analysis and Design［M］.2nd Edition.北京：清華大學(xué)出版社,McGraw-Hill,2000.

［2］Paul Horowitz,Winfield Hill.The Art of Electronics［M］.2nd Edition.北京：清華大學(xué)出版社,2003.［3］路勇,高文煥.電子電路實(shí)驗(yàn)及仿真［M］.北京：清華大學(xué)出版社,北方交通大學(xué)出版社，2004.

［4］Jim Karki.Active Low-Pass Filter Design\[R\].TI Application Report,2002.

［5］陳軍，夏漢初，龔晶.電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)（模擬電路部分）［M］.南京：理工大學(xué)理學(xué)院，2007.

［6］鄭步生，吳渭.Multisim 2001 電路設(shè)計(jì)及仿真入門與應(yīng)用［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2002.

濾波電路的設(shè)計(jì)與仿真范文第3篇

關(guān)鍵詞：帶通濾波器；仿真；ADS；平行耦合線

引言

在微波通信系統(tǒng)中，微帶線帶通濾波器以其結(jié)構(gòu)小、集成性強(qiáng)等優(yōu)勢成為各種微波產(chǎn)品中的常用重要器件。隨著微波技術(shù)的發(fā)展，微帶濾波器的種類日益增多。它們性能各異，設(shè)計(jì)方法也有所不同，近年來微波系統(tǒng)的設(shè)計(jì)越來越復(fù)雜，對(duì)微波濾波器的指標(biāo)要求也越來越高，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法已經(jīng)不能滿足設(shè)計(jì)的需要，ADS（Advanced Design System），是安捷倫公司推出的一套電路設(shè)計(jì)軟件。是一個(gè)己被廣大電子工程設(shè)計(jì)師們所接受和喜愛，功能十分強(qiáng)大的EDA軟件系統(tǒng)。結(jié)合 ADS 軟件能夠在保證精度的前提下縮短設(shè)計(jì)周期、降低設(shè)計(jì)成本，降低電路的調(diào)試測量工作量，提高設(shè)計(jì)效率。使用ADS仿真軟件進(jìn)行微波元器件等設(shè)計(jì)已經(jīng)成為微波電路設(shè)計(jì)及優(yōu)化的必然趨勢。

1 濾波器設(shè)計(jì)原理

對(duì)于不同結(jié)構(gòu)的濾波器，均為從一系列信號(hào)中分離出所需要的頻率。由此，所有電路均可以用網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的形式來反映輸入端和輸出端的關(guān)系。根據(jù)濾波器理論，所有類型的濾波器均可映射成歸一化的低通濾波器[1]。因此帶通濾波器的設(shè)計(jì)可以先從設(shè)計(jì)歸一化低通濾波器開始，然后再映射成帶通濾波器，映射如圖1所示.圖中橫坐標(biāo)以分貝為單位，LA為衰減度，Lr為通帶內(nèi)最大衰減度。？棕'1為歸一化截止頻率，當(dāng)歸一化頻率大于？棕'1時(shí)為阻帶反之為通帶。圖中的變量關(guān)系為：？棕'/？棕'1映射成[？棕/？棕0-？棕0/？棕]/？贅，其中： ？棕0為帶通濾波器的中心頻率；？贅為帶寬比，定義為？贅=（？棕2-？棕1）/？棕0。在此轉(zhuǎn)換過程中，低通濾波器中的L和C分別和帶通濾波器中的L-C串聯(lián)諧振回路、L-C并聯(lián)諧振回路有對(duì)應(yīng)關(guān)系。

2 微帶線帶通濾波器設(shè)計(jì)與優(yōu)化

假設(shè)濾波器的設(shè)計(jì)指標(biāo)為：特性阻抗50Ω，通帶范圍為9-10GHz，阻帶范圍為11 GHz，帶內(nèi)波紋指數(shù)為0.ldB，阻帶最小衰減為36dB。根據(jù)帶通濾波器設(shè)計(jì)的原理，先計(jì)算歸一化低通濾波器參數(shù)，再映射到帶通濾波器。經(jīng)過查表確定濾波器節(jié)數(shù)為4階。查表可知波紋0.1dB的四階切比雪夫?yàn)V波器歸一化參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)為：g1=1.1088，g2=1.3062，g3=1.7704，g4=0.8181，g5=1.3554。則四階切比雪夫低通原型電路圖2所示，其中g(shù)0為源內(nèi)電導(dǎo)，g5為負(fù)載電阻值。

3 結(jié)論

在使用 ADS仿真軟件設(shè)計(jì)平行耦合微帶濾波器時(shí)，可以看到，使用ADS輔助設(shè)計(jì)方法理論計(jì)算簡單，設(shè)計(jì)過程快速靈活，只需調(diào)整少量參數(shù)就可完成設(shè)計(jì)，可方便、快速地對(duì)微波元件及電路進(jìn)行仿真分析，除本文涉及的平行耦合微帶濾波器外，還可對(duì)其他介質(zhì)、結(jié)構(gòu)的濾波器設(shè)計(jì)也具有一定工程實(shí)用及參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]清華大學(xué)《微帶電路》編寫組.微帶電路[M].北京：人民郵電出版社，1975.

[2]孫曙威.微帶線帶通濾波器的設(shè)計(jì)[J].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)，1997，31（5）： 78-80.

[3]張洪福，張振強(qiáng)，馬佳佳. 基于ADS的平行耦合微帶線帶通濾波器的設(shè)計(jì)及優(yōu)化[J]. 電子器件，2010，33（4）：433-437.

[4]LUDWING R. RF Circuit design Theory and Application[M].Upper Saddle River，NJ，USA： Prentice Hall 2000.

濾波電路的設(shè)計(jì)與仿真范文第4篇

【關(guān)鍵詞】LTCC技術(shù) 超小型低通濾波器 設(shè)計(jì) 制作 應(yīng)用

隨著現(xiàn)代化的通信技術(shù)的快速發(fā)展，各類電子設(shè)備在對(duì)其質(zhì)量有較高要求的同時(shí)，對(duì)其集成化、小型化的要求也逐漸提高，在低通濾波器的設(shè)計(jì)、制作過程中，應(yīng)用LTCC技術(shù)，可以有效的實(shí)現(xiàn)低通濾波器的超小型設(shè)計(jì)要求，本文就結(jié)合LTCC技術(shù)，分析超小型低通濾波器的設(shè)計(jì)、制作及應(yīng)用。

1 基于LTCC技術(shù)的超小型低通濾波器的設(shè)計(jì)

1.1 二維仿真設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)中，所要設(shè)計(jì)的基于LTCC技術(shù)的低通濾波器的體積是超小型的，本次設(shè)計(jì)所選用的設(shè)計(jì)尺寸是1.6mm×0.8mm的尺寸，要求該超小型濾波器的阻帶損耗不小于30dB，這一設(shè)計(jì)要求就決定了在設(shè)計(jì)的過程中，不能選用常規(guī)的低通濾波器模型結(jié)構(gòu)，在其結(jié)構(gòu)中，電感所占的空間比較大，因此，在本次設(shè)計(jì)中要在不影響整個(gè)低通濾波器的性能的基礎(chǔ)上，盡量減少等效電路中電感的應(yīng)用，本次設(shè)計(jì)中，等效電路的仿真是采用Designer電路仿真軟件進(jìn)行仿真。

1.2 三維磁場的仿真設(shè)計(jì)

對(duì)二維的仿真結(jié)果進(jìn)行簡單的分析發(fā)現(xiàn)，本次設(shè)計(jì)中選用的等效電路中，電容的數(shù)量為五個(gè)，電感的數(shù)量為兩個(gè)，通過對(duì)等效電路進(jìn)行三維仿真，建立起等效電路的三維模型，如圖1所示，為了提高空間利用率，本次設(shè)計(jì)中采用的是VIC電容。

由于在進(jìn)行等效電路的二維仿真時(shí)，沒有充分的考慮電路中各元件之間的耦合特性，所以，所得到的電性能曲線與實(shí)際的性能要求存在一定的差別，通過對(duì)各元件的分布進(jìn)行優(yōu)化之后，得到上圖的最終三維模型圖，并對(duì)其電性能進(jìn)行仿真。

1.3 模型設(shè)計(jì)

在進(jìn)行基于LTCC技術(shù)的超小型低通濾波器的設(shè)計(jì)時(shí)，要使設(shè)計(jì)的模型能夠轉(zhuǎn)化為最終的產(chǎn)品，必須在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到邊界條件，天線方向的輻射邊界應(yīng)該≥l/4，器件模型的輻射邊界應(yīng)該≥l/10，其中l(wèi)表示的含義是產(chǎn)品中心頻率波長。

在進(jìn)行有關(guān)設(shè)計(jì)的模型設(shè)計(jì)時(shí)，首先需要根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的尺寸，建立有效的模型，根據(jù)電路的設(shè)計(jì)要求，在陶瓷體的內(nèi)部建立起能夠滿足排版對(duì)稱要求的內(nèi)電極圖案，同時(shí)還要建立有效的外電極，其模型的各項(xiàng)控制參數(shù)主要為：（1）內(nèi)部過孔的最小中心間距要不小于三百微米；（2）模型邊緣與內(nèi)電極之間的最小電極應(yīng)該不小于150微米；（3）內(nèi)電極線條的最小寬度應(yīng)該不小于50微米；（4）內(nèi)電極相鄰圖案的最小間距應(yīng)該不小于50微米；（5）內(nèi)電極相互之間的垂直間距要能夠不小于33微米；（6）內(nèi)電極圖案的厚度應(yīng)該為10微米。

對(duì)設(shè)計(jì)的模型進(jìn)行調(diào)試時(shí)，要將仿真計(jì)算結(jié)果與相應(yīng)的設(shè)計(jì)參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析，根據(jù)比較結(jié)果對(duì)模型中的圖案層間距及電極圖案進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)仿真結(jié)果與相應(yīng)的設(shè)計(jì)參數(shù)要求值相符時(shí)，仿真結(jié)果即滿足了本次設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)要求。

2 基于LTCC技術(shù)的超小型低通濾波器的制作

有效的模型仿真是整個(gè)基于LTCC超小型低通濾波器設(shè)計(jì)、制作的關(guān)鍵步驟，在完成模型仿真工作之后，就可以進(jìn)行基于LTCC技術(shù)的超小型低通濾波器的制作了，在整個(gè)制作過程中，有一項(xiàng)非常重要的工作就是進(jìn)行網(wǎng)版的設(shè)計(jì)制作。

在制作網(wǎng)版時(shí)，首先要將仿真軟件中模型電極的圖案，導(dǎo)入到AutoCAD中，利用該軟件，對(duì)每個(gè)電極圖案的順序進(jìn)行有效的編輯，然后需要對(duì)每層的電極圖案進(jìn)行一定比例的放大，放大的比例按照LTCC材料參數(shù)表的收縮率來進(jìn)行選擇。

之后要開始進(jìn)行制版工作，首先要畫一個(gè)邊長為150毫米的正方形框線，在距離中心間距65.51毫米的地方畫一條長100毫米、寬0.1毫米的垂直線作為網(wǎng)版精度檢測的標(biāo)準(zhǔn)線，按照放大之后的內(nèi)電極的尺寸的大小，畫出其定位框線，在中心線的對(duì)稱間距為61.5毫米的定位線上畫切割圖案，并將進(jìn)行過放大處理的內(nèi)電極圖案復(fù)制于相關(guān)的定位位置，其總面積要能夠小于邊長為123毫米的正方形面積，為了避免在切割的過程中出現(xiàn)切割偏差導(dǎo)致內(nèi)電極的外連線斷掉，應(yīng)該在切割圖案的邊緣畫制適當(dāng)寬度的延伸線，在底層網(wǎng)版圖案的制作過程中，可以將正方形框線左上角的對(duì)角線作為中心，進(jìn)行鏡像處理，為了便于區(qū)分，需要在圖案的右下方進(jìn)行其網(wǎng)版編號(hào)的標(biāo)示。

3 基于LTCC技術(shù)的超小型低通濾波器的應(yīng)用

本次研究中的基于LTCC技術(shù)的超小型低通濾波器設(shè)計(jì)、制作完成之后，要使其在整機(jī)電路中發(fā)揮很好的作用，就要對(duì)其進(jìn)行較好的阻抗匹配，這是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作，目前主要采用的阻抗匹配方法有手工計(jì)算法及計(jì)算機(jī)仿真法，通過smith圓圖功能對(duì)本次設(shè)計(jì)中的器件進(jìn)行阻抗匹配，最終得到的產(chǎn)品具有很好的整機(jī)使用性能。

4 結(jié)束語

本文對(duì)基于LTCC技術(shù)的超小型低通濾波器的設(shè)計(jì)、制作及應(yīng)用進(jìn)行了簡單分析，最終得到的產(chǎn)品，能夠滿足相關(guān)的設(shè)計(jì)要求，并且具有較好的整機(jī)應(yīng)用性能。

參考文獻(xiàn)

[1]王穎麟,薛耀平.小型化LTCC低通濾波器設(shè)計(jì)與制造工藝研究[J].電子與封裝,2013(3).

[2]謝聯(lián)文.基于LTCC技術(shù)的低通濾波器快速設(shè)計(jì)與測試方法[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2011(11).

作者簡介

葉芳（1974-），女，廣西壯族自治區(qū)合浦縣人。現(xiàn)為廣西水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師。大學(xué)本科學(xué)歷。研究方向?yàn)殡娮蛹夹g(shù)、控制技術(shù)。

韋佳偉（1973-），男，廣西壯族自治區(qū)賓陽縣人?，F(xiàn)為廣西水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師。研究生學(xué)歷。研究方向?yàn)殡娮蛹夹g(shù)、控制技術(shù)。

濾波電路的設(shè)計(jì)與仿真范文第5篇

關(guān)鍵詞：Matlab；Simulink；電力系統(tǒng)；電力電子；仿真

中文分類號(hào)：TM743　文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A　文章編號(hào)：1006-8228(2011)09-66-03

0　引言

Matlab是矩陣實(shí)驗(yàn)室(Matrix Laboratory)的簡稱，是美國MathWorks公司于1982年出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，在概念設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)處理，建模仿真，繪圖功能及實(shí)時(shí)分析等方面有著非常強(qiáng)大的功能。該軟件功能極其豐富，可通過代碼編程，也可通過GUI(圖形用戶界面)進(jìn)行圖形編程，目前已經(jīng)被應(yīng)用于多個(gè)行業(yè)中。

在電力行業(yè)中，為了確保電路設(shè)計(jì)、電力系統(tǒng)運(yùn)行和電力電子器件測試的成功，同時(shí)又取消代價(jià)昂貴的實(shí)物實(shí)驗(yàn)，且避免存在潛在危險(xiǎn)的設(shè)計(jì)缺陷，就必須在設(shè)計(jì)流程中進(jìn)行周密的計(jì)劃與評(píng)價(jià)。盡管計(jì)算機(jī)仿真并不能完全代替實(shí)物實(shí)驗(yàn)，但電力行業(yè)的計(jì)算機(jī)仿真給出了一個(gè)成本低、效率高的方法，能夠在進(jìn)入更為昂貴、費(fèi)時(shí)的原型開發(fā)階段之前，分析計(jì)劃可行性，找出問題所在。因此最佳的設(shè)計(jì)流程需要將仿真與原型開發(fā)混合進(jìn)行。

1　應(yīng)用Matlab進(jìn)行電力仿真的基本方法

1.1Simulink工具箱

Matlab中的Simulink工具箱為電力行業(yè)多方面的仿真提供了良好的平臺(tái)。Simulink提供了一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，用戶無需通過學(xué)習(xí)代碼進(jìn)行編程，只需通過學(xué)習(xí)簡單的圖形編程即可構(gòu)建出各種復(fù)雜的系統(tǒng)進(jìn)行仿真。Simulink中有一個(gè)Power System Blockset(PsB]，提供了各類電力行業(yè)中運(yùn)用的器件，包括RLC支路和負(fù)載、變壓器、傳輸線、避雷器、電機(jī)、電力電子裝置等。并且在構(gòu)建電力模型時(shí)，還要考慮如光能、熱力等問題，電力行業(yè)涉及到多種專業(yè)知識(shí)。

1.2仿真方法

Matlab對(duì)于電力行業(yè)的仿真主要可分為以下兩種方法：

(1)代碼編程，即通過編碼編寫程序來實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)、電力電子中的電路仿真，雖然Matlab中的編程較C語言等其他編程語言來說相對(duì)簡易，但對(duì)于初學(xué)者來說仍然有一定的難度；

(2)圖形編程，該方法建立在Simulink平臺(tái)之上，利用其中PSB中的原件模型構(gòu)建已設(shè)計(jì)的電路，并且自行設(shè)置參數(shù)，可用示波器觀察電路的工作情況，從而獲得令人滿意的仿真結(jié)果。該方法相對(duì)代碼編程來說相對(duì)容易，易于掌握。

2　Matlab在電力系統(tǒng)分析中的運(yùn)用實(shí)例

2.1電路設(shè)置

本文以三相電力系統(tǒng)中最基本的短路分析為例，使用Matlab對(duì)電力系統(tǒng)中常見的三相短路，兩相接地短路，單相接地短路進(jìn)行波形分析。

本文的模型中選用理想三相電壓源(Three―PhaseSource)作為電源，該電壓源為Y型連接，中性點(diǎn)不接地；使用兩段100kin分布參數(shù)輸電線(Distributed Parameters Linel)作為輸電線路，線路2末端中性點(diǎn)接地；使用三相短路故障發(fā)生器(Three-Phase Fault)產(chǎn)生各類短路。

各模塊參數(shù)設(shè)置如下：

三相電壓源：相電壓有效值380V，相相角0°，頻率50Hz。

分布參數(shù)輸電線：頻率50Hz，單位長度電阻[0.011650.2676]，單位長度電抗[0.8679e-33.008e-3]，單位長度電容[13.41e-9 8.57e-9]，長度100m。

三相故障短路發(fā)生器：故障點(diǎn)電阻0.00112，故障點(diǎn)接地電阻0.001，轉(zhuǎn)換狀態(tài)[10]，轉(zhuǎn)換時(shí)間[0.01 0.05]。

電路模擬圖如圖1所示。

2.2短路電流波形

參數(shù)設(shè)置和電路連接完或后，按仿真按鈕，并雙擊示波器模塊，可得如下波形。

(1)將三相短路故障發(fā)生器中“故障相選擇”的A、B、c三相故障都選中，得三相短路故障電流波形如圖2所示。

(2)將三相短路故障發(fā)生器中“故障相選擇”的A、B兩相故障選中，并選擇故障相接地選項(xiàng)，得兩相接地短路電流波形如圖3所示。(3)將三相短路故障發(fā)生器中“故障相選擇”的A相故障選中，并選擇故障相接地選項(xiàng)，得單相接地短路電流波形如圖4所示。

由波形可以看出，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)，短路相的電流迅速增大，當(dāng)故障排除后，電流逐漸恢復(fù)正常，這與理論分析的結(jié)果一致。

3　Matlab在電力電子中的應(yīng)用

3.1三相橋式全控整流電路設(shè)計(jì)

電力電子，顧名思義，即為應(yīng)用于電力系統(tǒng)中的電子技術(shù)，電力電子器件的電路結(jié)構(gòu)可簡單可復(fù)雜，設(shè)計(jì)過程也可用Matlab進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。本文以三相橋式全控整流電路為例，簡單介紹Matlab在電力電子器件仿真中的應(yīng)用。

設(shè)計(jì)的三相橋式全控整流電路通過變壓器與電網(wǎng)連接，經(jīng)過變壓器的耦合，晶閘管主電路得到一個(gè)合適的輸入電壓，使晶閘管在較大的功率因數(shù)下運(yùn)行。變流主電路和電網(wǎng)之間用變壓器隔離，還可以抑制由變流器進(jìn)入電網(wǎng)的諧波成分。保護(hù)電路采用RC過電壓抑制電路進(jìn)行過電壓保護(hù)，利用快速熔斷器進(jìn)行過電流保護(hù)。

本文利用該電路在刪除和添加濾波環(huán)節(jié)分別進(jìn)行模擬，以說明Matlab在電力電子器件測試中的作用。

選用三個(gè)幅值設(shè)置為537V，頻率為50Hz的交流電壓源，各電壓源之間相差120°；一次側(cè)相電壓658V，二次側(cè)相電壓165V，頻率50Hz的變壓器；負(fù)載為2.2Q；電抗值為50mH的濾波電抗；電容值為200uF的濾波電容；集成的六脈波發(fā)生器；整流橋選用已封裝的Universal Bridge。

加入濾波環(huán)節(jié)電路模擬圖如圖5所示。刪除濾波環(huán)節(jié)的直流側(cè)如圖6所示。

3.2負(fù)載側(cè)波形--

通過六脈波發(fā)生器輸入的設(shè)置可以改變晶閘管的觸法角，可得到不同的輸出電壓，本文測試了60。觸發(fā)角時(shí)，在刪除和添加濾波環(huán)節(jié)這兩種不同情況下的直流側(cè)波形。

(1)a＝60°。無濾波環(huán)節(jié)時(shí)直流側(cè)電壓波形如圖7所示(2)a=60°，添加濾波環(huán)節(jié)時(shí)直流側(cè)電壓波形如圖8所示

通過Matlab仿真可以清楚地看到濾波環(huán)節(jié)的重要性，同時(shí)計(jì)算機(jī)仿真工作也省去了制作實(shí)物電路后再測試電路的繁瑣過程。