Автоматизированный анализ
Lc-автогенераторов
По схеме ёмкостной трёхточки
На биполярном транзисторе
Особенностью схемы автогенератора с ёмкостной обратной связью является наличие ёмкостного делителя напряжения, который определяет коэффициент обратной связи по напряжению. Конденсатор Cк с индуктивностьюLк образуют колебательный контур, который на частоте
Рис. 3.39. Задание на моделирование
LC-автогенератора по схеме с ёмкостной
обратной связью на биполярном транзисторе
генерации должен иметь индуктивный характер. Задание на моделирование при исследовании автогенератора представлено на рис. 3.39. Колебательный контур включён в коллекторную цепь транзистора Q1. Обратная связь осуществлена с помощью конденсаторов С1 и С2. Исходное смещение, обеспечивающее первоначальное положение рабочей точки, задаётся резисторамиR2 иR3. Конденсатор С3 обеспечивает подведение напряжения обратной связи на базу транзистора без потерь. ЭлементыR1,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,L,);
-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 индуктивностиLK«.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.
Для анализа формы генерируемых колебанийпроизводится вывод значения напряжения на коллекторе транзистораQ1. Установка маркера напряжений ускоряет эту процедуру. В результате расчёта получается временная диаграмма (рис. 3.40). Из диаграммы видно, что форма генерируемых колебаний близка к синусоидальной а разница между их амплитудами в колебательном процессе незначительна.
Рис. 3.40. Временная диаграмма напряжения
на коллекторе транзистора Q1
Для исследования спектра генерируемого сигналанеобходимо исключить из временной диаграммы участок переходного процесса. Спектральный состав генерируемых колебаний рассчитывается с использование быстрого преобразования Фурье (рис. 3.41). На спектральной диаграмме кроме первой отмечены также вторая, третья и четвёртая гармоники.
Рис. 3.41. Спектральная диаграмма генерируемых
колебаний
Оценка влияния температурына частоту генерируемых колебаний производится путём расчёта спектра
Таблица 3.3
Исследование влияния температуры на частоту генерируемых колебаний
-
Температура
оС
Частота первой гармоники, МГц
Амплитуда первой гармоники, мВ
27
10,800
389,089
70
10,800
442,444
при значении температуры 70 °С. Результаты исследования влияния температуры сведены в табл. 3.3.
Исследования влияния напряжения питанияна частоту генерируемых колебаний производится при изменении текущего значения атрибута источника питанияV1 «DC».На рис. 3.42 приведена спектральная диаграмма генерируемых колебаний при напряжении питания 9В. В результате изменения напряжения питания смещается рабочая точка транзистора, а также изменяются его внутренние параметры. С учётом условия баланса фаз, это ведёт к изменению частоты генерации.
Рис. 3.42. Иллюстрация влияния изменения
напряжения источника питания
на частоту генерируемых колебаний
Для исследования влияния положения рабочей точкина генерацию колебаний необходимо изменить её положение. Это произойдёт, например, при увеличении сопротивления резистораR3. На рис. 3.43 представлена временная диаграмма затухающих колебаний при значении сопротивленияR3 27 кОм.
При смещении положения рабочей точки в область меньшей крутизны характеристики транзистора происходит генерация затухающих колебаний.
Рис. 3.43. Временная диаграмма затухающего колебания при неправильном выборе рабочей точки транзистора
Для исследования влияния напряжения обратной связина генерацию колебаний потребуется, например, увеличить значение ёмкости С2 до 0,47 мкФ. Это приводит к уменьшению напряжения положительной обратной связи и затуханию колебаний (рис. 3.44).
Рис. 3.44. Временная диаграмма затухающего
колебания при уровне напряжения положительной
обратной связи меньше критического