使用MATLAB进行简单的电路仿真

短学期有一门比较奇怪的课：《电子实习》，内容是根据要求设计几个简单的电路（包括原理图和PCB），然后搭建并验证功能，貌似是所有电类的学生都要上的，讲道理我等电信学子上这门课也就算了，毕竟模电自控什么的都学过，隔壁计算机什么的也要学这门课也是挺怪的。不过本学期课程都转为线上了，就只能改成使用软件仿真了。

本来是在用Altidum Designer自带的仿真功能，但是这东西貌似用的人不多，不太受重视，所以挺难用的，比如说找不到把波形图导出的地方所以只能手动截图、默认的颜色极其辣眼睛以及仿真失败却没有报错等等。所以我主要用的是立创EDA，虽然应该和AD一样是基于SPICE的所以功能都差不多：暂态分析、交流分析、静态工作点之类的，但是奇奇怪怪的问题确实少很多。不过两者都缺乏自动化能力，比如带通滤波器输入不同频率的信号，然后根据信号周期设置不同的仿真时长和步长，最后自动在输出波形的标题后标注频率。其实手动做这些也行，但是折腾的快乐是无法取代的。

之所以选择使用MATLAB是因为这个学期里的自控实验和信号与系统实验都用到了，也算是挺熟悉的，搜了一下发现可以用Simulink里面的Simscape做到，注意是"scape"而非"space"，一开始关键词输错了导致出来的结果比较少。

本文将以一个带通滤波器为例，绘制它的伯德图（幅频响应和相频响应），以及在分别输入f=3kHz, 5kHz, 10kHz, 40kHz及200kHz的正弦波时的输出波形。

搭建电路

需要用的的元器件都在 Simscape/Foundation Library/Eletrical 下。简单拖拖拽拽，效果如下：

电路图

需要讲解的是Solver Configuration（就是那个f(x)=0），这东西我也不懂是干什么的，也没有用上过，但是必须要有，直接接地就行了。

然后还有左边和右边两个Voltage Sensor，相当于电压表，+和-自然就是输出的正负极，而V的符号则代表输出的电压信号，它会将测量到的电压值作为物理信号(PS: Psycial Singal)输出，你可能也注意到了图上有黑色和蓝色两种模块，黑色的是普通的Simulink模块，例如Mux, Scope等，而蓝色的则是电子元件，两者是不能直接连接的，需要通过Voltage Sensor这类元件将电信号转化为物理信号，然后再使用PS-Simulink Converter把物理信号转到Simulink。

另外还有一个和正弦信号Input通过Simulink-PS Converter相连的Controlled Voltage Source，跟上面的Voltage Sensor类似，只不过那个是输出这个是输出。

搭建完毕后就可以直接运行了，但是默认时间好像是10秒，输出波形直接被压缩成一条直线了，一开始还以为是自己哪里搞错了。

频率响应

参考官方文档，找到顶部的LINEARIZATION栏，选中一条Simulink的线（即黑线），然后添加闭环或开环输出/输出，点击Model Linearizer即可。

Bode图

程序化操作

首先通过find_system函数列出所有模块，然后再使用get_param获取参数名称，再直接用set_param设置参数，最后直接用sim运行。

for f = [3e3 5e3 10e3 40e3 200e3]
    w = 2*pi*f;
    T = 1/f;
    stopTime = 10*T;
    stepTime = T/1e3
    % 获取参数示例
    % find_system("system") 
    % get_param("fdemo/Input", "DialogParameters")
    set_param("fdemo/Input", "Frequency", num2str(w));
    set_param("fdemo", "FixedStep", num2str(stepTime));
    set_param("fdemo", "StopTime", num2str(stopTime));
    figure;
    plot(sim("fdemo.slx").yout{1}.Values);
    title(["Frequency = " num2str(f) "Hz"]);
end