7. Моделирование автогенераторов

При моделировании автогенераторов используется временной анализ (transient). При этом необходимо указать начальные условия на реактивных элементах автогенератора: конденсаторах и индуктивностях. Начальные условия на конденсаторе – напряжение, на индуктивности – ток. Для того чтобы найти начальные условия на реактивных элементах необходимо рассчитать постоянные напряжения в узлах схемы и постоянный ток через индуктивность. Начальными условиями на конденсаторах будут равны разности значений постоянных узловых потенциалов на обкладках конденсатора, на индуктивности – ток через нее.

Основные этапы моделирования генераторов покажем на примере автогенератора, показанного на рис.9.

Рис.9. Схема автогенератора

Моделирование автогенератора можно разделить на несколько этапов.

7.1. Необходимо найти постоянные потенциалы в узлах схемы и постоянный ток через индуктивность. Для этого нужно нарисовать схему в Schematics и указать номиналы элементов схемы. Запустить анализ (Analysis → Simulate) без указания каких-либо видов анализа. Поскольку в PSpice всегда по умолчанию задан расчет узловых потенциалов (Bias Point Detail), то будут рассчитаны узловые потенциалы схемы и токи. Значения узловых потенциалов могут быть показаны в окне схемы, если нажата кнопка  в окне Schematics, значения токов будут выведены на схему, если нажата кнопка . Найденные узловые потенциалы указаны относительно "земли" (т.е. между узлом и "землей"). Полученные значения необходимо сразу же записать в отчет, поскольку в дальнейшем они изменятся.

7.2. Расставить значения начальных условий на реактивных элементах схемы. Начальные условия на конденсаторе будут равны разности напряжений на обкладках конденсатора.

Если конденсатор подсоединен одним выводом к "земле ", (например C1 на рис.9) начальные условия на нем будут равны потенциалу на выводе, не соединенном с землей.

Если конденсатор не соединен ни одним выводом с землей (например C2 на рис.9), начальные условия на нем будут равны разности потенциалов на его выводах.

Если для конденсатора разность потенциалов равна 0 (например, на рис. 9 C3 – конденсатор в колебательном контуре генератора), то 0 задавать нельзя. Для возбуждения колебаний следует задавать начальные условия отличные от 0, например 0.1 В.

Особенностью PSpice 8.0 является то, что начальные условия на конденсаторах необходимо задавать с отрицательным знаком, причем для конденсатора в колебательной системе автогенератора иногда нужно поэкспериментировать со знаком.

На индуктивности в качестве начальных условий задается ток. В данном случае через индуктивность течет ток коллектора, поэтому начальным условием для индуктивности будет значение этого тока. Часто на схеме ток выводится в миллиамперах, не забывайте задавать ток в начальных условиях так же в миллиамперах.

Для задания начальных условий необходимо вызвать окно параметров элемента, дважды щелкнув мышью на изображении элемента. В появившемся окне начальные условия записываются в поле IC (initial conditions).

7.3. Задать временной анализ схемы. При этом необходимо задать время анализа (Final time) таким, чтобы на графике отображалось 30 – 100 периодов сигнала генерации.

7.4. Запусить анализ (Analysis – Simulate).

7.5. Получить график сигнала генерации в программе Probe (снимается с коллектора транзистора). Найти амплитуду установившихся колебаний. Нарисовать в отчете график сигнала генерации.

7.6. Получить спектр сигнала генерации, для чего в окне программы Probe нажать кнопку . В результате будет выполнено быстрое преобразование Фурье временного сигнала.

Нарисовать спектр сигнала генерации.

По спектру определить частоту генерации автогенератора (по частоте первой гармоники) и коэффициент гармоник согласно формуле:

,

где U₁, U₂, U₃, U₄ - амплитуды 1-й, 2-й, 3-й, 4-й гармоник (см рис.10.). При вычислении этого коэффициента следует учитывать только достаточно большие по амплитуде гармоники.

Спектральная составляющая на частоте 0 Гц не является первой гармоникой. Это постоянная составляющая сигнала.

 

Рис. 10. Спектр сигнала автогенератора