Автоматизированный анализ
Lc-автогенераторов
По схеме индуктивной трёхточки
На полевом транзисторе
Задание на моделирование автогенератора представлено на рис. 3.50. Колебательный контур, образованный индуктивностями L1,L2 и конденсаторомCk, включён в цепь стока транзистораJ1. Автотрансформаторная обратная связь осуществлена с помощью индуктивностиL2, подключённой к затвору полевого транзистора. Начальное смещение, обеспечивающее первоначальное положение рабочей точки, задаётся резисторамиR1 иR2. Конденсатор С1 обеспечивает подведение напряжения обратной связи без потерь. ЭлементыR3,C2 образуют цепь истоковой стабилизации рабочей точки транзистора. Конденсатор С4 и резисторR4 образуют развязывающий фильтр. При вводе этой схемы использовать компоненты следующих библиотек:
Рис. 50. Схема LC-автогенератора с автотрансформаторной обратной связью на полевом транзисторе
analog.slb– пассивные компоненты (R,C,I,K);
jfet.slb– полевой транзистор (J1);
jfet.slb– полевой транзистор (J1);
port.slb– узел с нулевым потенциалом, общий провод (AGND);
source.slb– источник постоянного напряжения (VDC).
Для устойчивого запуска автогенератора атрибутам конденсатора Ckи индуктивностейL1 иL2 «.IC» (initialconditions– начальные условия) присвоены значения «0.1V» и «10uA» соответственно. При расчёте переходного процесса использование этих атрибутов обеспечивает установку на конденсаторе напряжения 0,1 В и тока через индуктивность 10 мкА в начальный момент времени.
Связь между индуктивностями дросселя L1 иL2 установлена с помощью модели сердечника K_Linear. Сердечник характеризуется следующими атрибутами:
L1 = L1 – наименование первой катушки;
L2 =Lk– наименование второй катушки;
COUPLING = 0.5 – коэффициент связи.
Рис. 3.51. Временная диаграмма напряжения
на стоке транзистора J1
Для анализа формы генерируемых колебанийпроизводится вывод значения напряжения на стоке транзистораJ1. Установка маркера напряжений ускоряет эту процедуру.
В результате расчёта получается временная диаграмма (рис. 3.51). Из диаграммы видно, что форма генерируемых колебаний близка к синусоидальной а разница между их амплитудами незначительна.
Для исследования спектра генерируемого сигналанеобходимо исключить из временной диаграммы участок переходного процесса. Спектральный состав генерируемых колебаний рассчитывается с использованием быстрого преобразования Фурье (рис. 3.52). На спектральной диаграмме кроме первой гармоники отмечены также более высокие гармонические компоненты генерируемого колебания.
Рис. 3.52. Спектральная диаграмма генерируемых
колебаний
Оценка влияния температуры на частотугенерируемых колебаний
Исследование влияния температуры на частоту генерируемых колебаний производится путём расчёта
спектра при значении температуры 70 °С. Результаты исследования влияния температуры сведены в табл. 3.5.
Таблица 3.5
|
Температура |
Частота первой гармоники, МГц |
Амплитуда первой гармоники, В |
|
27 |
24,700 |
2,6105 |
|
70 |
24,700 |
2,6447 |
Исследования влияния напряжения питанияна частоту генерируемых колебаний производится при изменении текущего значения атрибута источника питанияV1 «DC». На рис. 3.53 приведена спектральная диаграмма генерируемых колебаний при напряжении питания 9В. В результате изменения напряжения питания смещается рабочая точка транзистора, а также изменяются его параметры. С учётом условия баланса фаз это ведёт к изменению частоты генерации.
Рис. 3.53. Спектральный состав сигнала при изменении
напряжения источника питания
Для исследования влияния положения рабочей точкина генерацию колебаний необходимо изменить её
Рис. 3.54. Временная диаграмма затухающего
колебания при неправильном выборе рабочей точки
положение. Это произойдёт, напр., при уменьшении сопротивления резистора R2. На рис. 3.54 представлена временная диаграмма затухающих колебаний при значении сопротивленияR2 1кОм.При смещении положения рабочей точки в область меньшей крутизны характеристики транзистора происходит генерация затухающих колебаний.
Для исследования влияния напряжения обратной связина генерацию колебаний потребуется, например, уменьшить значение индуктивностиL2, или понизить коэффициент связи в модели сердечника «COUPLING», либо выполнить обе процедуры. Это приводит к уменьшению напряжения обратной связи и затуханию колебаний (рис. 3.55). Иллюстрация получена при значении индуктивностиL2, равном 5 нГн, и коэффициенте связи, составляющем 0,1.
Рис. 3.55. Временная диаграмма затухающего
колебания при уровне напряжения положительной
обратной связи меньше критического