Обратной связью на биполярном транзисторе

Обеспечение режима генерации гармонических колебаний.Особенностью данного генератора является то, что обратная связь осуществляется при помощи трансформатора, первичная обмотка которого вместе с конденсатором Ск образуют колебательный контур. Схема измерения автогенератора представлена на рис. 3.25. Колебательный контур LkCk включён в цепь коллектора транзистора Q1. Сопротивления RLk и RL1 отражают активные потери в колебательном контуре и катушке связи соответственно. Напряжение положительной обратной связи снимается с вторичной обмотки L1 и подводится к базе транзистора Q1.

Рис. 3.25. Схема измерения LC-автогенератора

с трансформаторной обратной связью

на биполярном транзисторе

Начальное смещение, обеспечивающее первоначальное положение рабочей точки задаётся резисторами R1 и R2. Конденсаторы С1, С3 обеспечивают подведение напряжения обратной связи без потерь. Элементы R3, C3 образуют цепь эмиттерной стабилизации рабочей точки транзистора. Конденсатор С2 является блокировочным для источника питания V1.

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 Ck и индуктивностей L1 и Lк «.IC» (initial conditions – начальные условия) присвоены значения «0.1 V» и «10 uA» 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.

Трансформатор образуют две катушки индуктивностей, обмотки которых обозначены как L1, Lk. Связь между обмотками установлена с помощью модели сердечника K_Linear. Сердечник характеризуется следующими атрибутами:

L1 = L1 – наименование первой ка-

катушки (катушки индуктивности связи); L2 = Lk – наименование второй катушки (контурной катушки индуктивности);

COUPLING = 0.5 – коэффициент связи между L1 и Lк.

Рис. 3.26. Окна выбора режима и задания

параметров моделирования

Для анализа формы генерируемых колебаний производится вывод зависимости напряжения на коллекторе транзистора Q1 от времени. Установка маркера напряжений ускоряет эту процедуру. Режим временного анализа назначается в конфигурационном окне Analysis Setup. Выбирается раздел Transient и в нём задаются параметры директивы (рис. 3.26).В результате расчёта получается временная диаграмма. Её анализ показывает, что в начале имеет место переходной процесс. Далее устанавливается стабильный режим генерации (рис. 3.27). Форма генерируемых колебаний близка к синусоидальной, а разница между амплитудами в различных периодах колебательного процесса незначительна.

Рис. 3.27. Временная диаграмма напряжения

на коллекторе транзистора Q1

Для исследования спектра генерируемого сигнала необходимо исключить из временной диаграммы участок переходного процесса. Использование быстрого преобразования

Рис. 3.28. Спектральная диаграмма генерируемых

колебаний

Фурье даёт возможность рассчитать спектральный состав генерируемых колебаний (рис. 3.28). Выполнение преобразования производится по команде Fourier, вызываемой из меню Trace после завершения расчёта переходного процесса. На спектральной диаграмме представлены первая, вторая, третья гармоники.

Оценка влияния температуры на частоту генерируемых колебаний производится путём анализа изменения спектра сигнала за счёт вариации температуры. Изменение температуры производиться по директиве Temperature в конфигурационном окне Analysis Setup (рис. 3.29). Здесь указывается список значений температуры в градусах Цельсия, при которых требуется выполнить расчёт спектров генерируемых колебаний. Результаты исследования влияния температуры сведены в табл. 3.1.

Рис. 3.29. Окно задания вариации температуры

Таблица 3.1

Исследование влияния температуры на частоту

генерируемых колебаний

Исследования влияния напряжения питания на частоту генерируемых колебаний производится при изменении текущего значения атрибута источника питания V1 «DC». На рис. 3.30 приведена спектральная диаграмма генерируемых колебаний при напряжении питания 5В. 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. 3.30. Иллюстрация влияния изменения напряжения источника питания на спектральный состав генерируемых колебаний

Для исследования влияния положения рабочей точки на генерацию

Рис. 3.31. Временная диаграмма затухающего колебания при неправильном выборе рабочей точки

колебаний необходимо изменить постоянное напряжение на базе транзистора. Это произойдёт, например, при уменьшении сопротивления резистора R2. На рис. 3.31 представлена временная диаграмма затухающих колебаний при значении сопротивления R2 200 Ом. При смещении положения рабочей точки в область меньшей крутизны характеристики транзистора происходит генерация затухающих колебаний.

Для исследования влияния напряжения обратной связи на генерацию колебаний потребуется уменьшить значение индуктивности L1, например, до 5 нГн, а так же понизить коэффициент связи в модели сердечника «COUPLING» до 0,1. Чтобы частота генерации не изменялось, необходимо величину индуктивности Lк сохранить равной предыдущему значению. Уменьшение значения индуктивности связи приводит к уменьшению напряжения обратной связи и затуханию колебаний (рис. 3.32).

Рис. 3.32. Временная диаграмма затухающего

колебания при уровне напряжения положительной обратной связи меньше критической