Методика автоматизированного
анализа LC-автогенераторов
на полевых транзисторах
Порядок автоматизированного анализа и содержание подготовительного этапа изложены в подразделе 3.3.
Автоматизированный анализ
LC-автогенераторов по схеме
с трансформаторной обратной связью
на полевом транзисторе
Задание на моделирование при исследовании автогенератора с трансформаторной обратной связью представлено на рис. 3.44. Колебательный контур LkCkвключён в цепь стока транзистораJ1. СопротивленияRLkиRL1 введены в контур в качестве потерь. Напряжение положительной обратной связи снимается с катушки связиL1 и подводится к затвору транзистораQ1. Начальное смещение, обеспечивающее первоначальное положение рабочей точки, задаётся резисторамиR1 иR2.
Рис. 3.44. Задание на моделирование LC-автогенератора по схеме с трансформаторной обратной связью
на полевом транзисторе
Конденсаторы С1, С3 обеспечивают подведение напряжения обратной связи на затвор транзистора без потерь. Элементы R3,C3 образуют цепь истоковой стабилизации рабочей точки транзистора. Конденсатор С2и резисторR4 образуют развязывающий фильтр.
При вводе этой схемы использовать компоненты следующих библиотек:
-analog.slb– пассивные компоненты (R,C,L,K);
-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 иLk«.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.
Трансформаторная связь осуществлена с использованием двух индуктивностей, обозначенных как L1,Lk. РезисторыRL1 иRLkхарактеризуют активные сопротивления потерь этих обмоток. Связь между катушками индуктивности установлена с помощью модели сердечника K_Linear. Сердечник характеризуется следующими атрибутами:
L1 = L1 – наименование катушки индуктивности связи;
L2 =Lk– наименование контурной катушки индуктивности;
COUPLING = 0.5 – коэффициент связи.
Для анализа формы генерируемых колебанийпроизводится вывод зависимости напряжения на стоке
Рис. 3.45. Временная диаграмма напряжения
на стоке транзистора J1
транзистора J1 от времени. Установка маркера напряжений ускоряет эту процедуру. В результате расчёта получается временная диаграмма (рис. 3.45). Из диаграммы видно, что фор- ма генерируемых колебаний близка к синусоидальной.
Для исследования спектра генерируемого сигналанеобходимо исключить из временной диаграммы участок переходного процесса. Спектральный состав генерируемых колебаний рассчитывается с использованием быстрого преобразования Фурье (рис. 3.46). На спектральной диаграмме кроме первой гармоники отмечены также 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. 3.4.
Исследования влияния напряжения питанияна частоту генерируемых колебаний производится при изменении текущего значения атрибута источника питанияV1 «DC». На рис. 3.47 приведена спектральная диаграмма генерируемых колебаний
Рис. 3.46. Спектральная диаграмма
генерируемых колебаний
Таблица 3. 4
Исследование влияния температуры на частоту генерируемых колебаний
|
Температура |
Частота первой гармоники, МГц |
Амплитуда первой гармоники, В |
|
27 |
27,200 |
1,2977 |
|
70 |
27,200 |
1,1462 |
Рис. 3.47. Иллюстрация влияния изменения напряжения источника питания на частоту 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.
Для исследования влияния положения рабочей точкина генерацию колебаний необходимо изменить её положение. Это произойдёт, напр., при уменьшении сопротивления резистораR1. На рис. 3.48 представлена временная диаграмма затухающих колебаний при значении сопротивленияR1 10 Ом.При смещении положения рабочей точки в область меньшей крутизны характеристики транзистора происходит генерация затухающих колебаний.
Рис. 3.48. Временная диаграмма затухающего колебания при
неправильном выборе рабочей точки
Для исследования влияния напряжения обратной связина генерацию колебаний потребуется, например, уменьшить значение индуктивностиL1 до 5 нГн, а также понизить коэффициент связи в модели сердечника «COUPLING» до 0,1. Это приводит к уменьшению напряжения обратной связи и уменьшению амплитуды колебаний и переходу в режим генерации затухающих колебаний (рис. 3.49).
Рис. 3.49. Временная диаграмма затухающего
колебания при уровне напряжения положительной
обратной связи меньше критического