Автоматизированный анализ
Lc-автогенераторов
По схеме индуктивной трёхточки
На биполярном транзисторе
Индуктивность L1+L2 вместе с ёмкостью конденсатораCк образуют параллельный колебательный контур, резонансная частота которого близка к частоте генерации автогенератора. Задание на моделирование для исследования автогенератора представлено на рис. 3.33. Колебательный контур, образованный индуктивностямиL1,L2 и конденсаторомCk, включён в цепь коллектора транзистораQ1. Обратная связь автотрансформаторного типа. Напряжение положительной обратной связи снимается с катушки индуктивностиL2 и подводится к базе транзистора.
Рис. 3.33. Задание на моделирование
LC-автогенератора по схеме индуктивной трёхточки
на биполярном транзисторе
Начальное смещение, обеспечивающее первоначальное положение рабочей точки задаётся резисторами R1 иR2. После возникновения колебаний рабочая точка транзистораQ1 несколько смещается за счёт возникновения дополнительного автоматического смещения. Последнее обусловлено напряжением отрицательной обратной связи, создаваемом на резистореR3 вследствие прохождения по нему постоянной составляющей тока эмиттера транзистора. Конденсатор С1 обеспечивает подведение без потерь напряжения обратной связи на вход транзистора. ЭлементыR3,C2 образуют цепь эмиттерной стабилизации рабочей точки транзистора. Конденсатор С4 и резисторR4 образуют развязывающий фильтр. При вводе этой схемы использовались компоненты следующих библиотек:
analog.slb– пассивные компоненты (R,C,I,K);
bipolar.slb– биполярный транзистор (Q1);
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 индуктивностямиL1 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 между L1 и Lк.
Для анализа формы генерируемых колебаний производится вывод значения напряжения на коллекторе транзистора Q1.
Рис. 3.34. Временная диаграмма напряжения
на коллекторе транзистора Q1
В результате расчёта получается временная диаграмма (рис. 3.34), откуда следует, что форма генерируемых колебаний близка к синусоидальной, а разница между амплитудами в колебательном процессе незначительна.
Для исследования спектрагенерируемого сигнала необходимо исключить из временной диаграммы участок переходного процесса. Режим анализа временных характеристик (Transient) определяется заданием, представленном на рис. 3.35. В результате изменения напряжения питания смещается рабочая точка транзистора, а так же изменяются его параметры. С учётом условия баланса фаз это ведёт к изменению частоты генерации.
Рис. 3.35. Окно задания параметров моделирования
Рис. 3.36. Спектральная диаграмма генерируемых
колебаний
Расчёт спектрального состава генерируемых колебаний выполнен с использованием быстрого преобразования Фурье (рис. 3.36). Из спектральной диаграммы следует, что кроме первой гармоники в спектре сигнала присутствуют вторая и третья гармоники.
Оценка влияния температурына частоту генерируемых колебаний производится путём расчёта спектра при значении температуры 70 °С. Результаты исследования влияния температуры сведены в табл. 3.2.
Таблица 3.2
|
Температура оС |
Частота первой гармоники, МГц |
Амплитуда первой гармоники, В |
|
27 |
35,100 |
1,3038 |
|
70 |
35,050 |
1,3090 |
Исследования влияния напряжения питания на частоту генерируемых колебаний производится при изменении текущего значения атрибута источника питанияV1 «DC». На рис. 3.36 приведена спектральная диаграмма генерируемых колебаний при напряжении питания 5В.
Рис. 3.36. Иллюстрация влияния изменения напряжения источника питания на спектральный состав генерируемых колебаний
В результате изменения напряжения питания смещается рабочая точка транзистора, а так же изменяются его внутренние параметры. С учётом условия баланса фаз это ведёт к изменению частоты генерации.
Для исследования влияния положения рабочей точкигенерацию колебаний необходимо изменить постоянное напряжение на базе транзистора. Это произойдёт, например, при уменьшении сопротивления резистораR2. На рис. 3.37 представлена временная диаграмма затухающих колебаний при значении сопротивленияR2 200 Ом.
При смещении положения рабочей точки в область меньшей крутизны характеристики транзистора происходит генерация затухающих колебаний.
Рис. 3.37. Временная диаграмма затухающего колебания при
неправильном выборе рабочей точки
Для исследования влияния напряжения обратной связина генерацию колебаний потребуется уменьшить значение индуктивностиL2, например, до 5 нГн, а также понизить коэффициент связи в модели сердечника «COUPLING», например, до 0,1. Чтобы частота генерации не изменялось, необходимо величину индуктивностиL1+L2 сохранить равной предыдущему значению. В результате за счёт уменьшения напряжения обратной связи колебания затухают (рис. 3.38).
Рис. 3.38. Временная диаграмма затухающего
колебания при уровне напряжения положительной обратной связи меньше критического