Схемотехническое моделирование входной цепи

Целью моделирования является проверка правильности расчетов, а также оценка работоспособности схемы при использовании в ней радиоэлементов с номиналами, которые соответствуют реальным радиоэлементам, выпускаемым промышленностью.

При моделировании решаются две главные проблемы: преобразование принципиальной схемы в эквивалентную, а также замена радиоэлементов принципиальной схемы на их библиотечные модели пакета программ, используемого для моделирования.

Примеры моделирования основных вариантов схем входной цепи в пакете Multisim-10

1. Одноконтурная входная цепь, использующая трансформаторную связь с настроенной антенной и автотрансформаторную связь с нагрузкой(Рис.1).

Рис.1.

Расчет входной цепи

Исходные данные:

Волновое сопротивление фидера W_Ф=50 Ом;

Погонное затухание фидера β_ф = 0,02 дБ/м;

Длина фидера L_ф = 1м;

Частота f₀=100МГц ;

d_эр=0.013, d=0.002 (задаются на стадии структурного расчета);

Промежуточная частота f_пч=10,7МГц;

Сопротивление нагрузкиR_н=690 Ом;

Емкость нагрузки С_н=10пФ;

Затухание по зеркальному каналу ;

Монтажная емкость схемы С_м=3пФ;

Емкость катушки индуктивности С_L=3пФ;

Расчетная схема входной цепи в режиме согласования представлена на рис.2.

Рис.2.

Расчет

Определим полную емкость схемы контура С_сх

Уточняем

Принимаем

Определяем

Определим коэффициенты включения фидера и антенны

Коэффициент передачи входной цепи по напряжению

Определим коэффициент передачи по мощности

Совместный коэффициент передачи фидера и ВЦ

Затухание сигнала в фидере

Определим оптимальное значение индуктивности катушки связи L_cв.опт, которое обеспечивает минимум коэффициента К_св.мин связи.

Определим затухание по зеркальному каналу

,

где

Частота зеркальной помехи

Рассчитанная ВЦ обеспечивает требуемую избирательность.

Моделирование

Антенна совместно с фидером моделируется источником ЭДС с внутренним сопротивлением Потери мощности сигнала в колебательном контуре учитываются включением в эквивалентную схему контура сопротивления Так как в библиотеке моделей радиоэлементов отсутствует трансформатор с отводом от катушки индуктивности, то заменяем его моделью идеального трансформатора без отвода. При этом полученный по результатам моделирования коэффициент передачи ВЦ необходимо умножить на коэффициент включения нагрузки в контур. Кроме того, для учета влияния сопротивления нагрузки на работу контура необходимо в контур внести сопротивление . Только после указанных преобразований схемы можно сравнивать расчетные данные с результатами моделирования. Схема моделирования на Рис.3.

Рис.3.

Рассмотрим порядок формирования. В данной схеме используется идеальный трансформатор. Его модель устанавливается в схеме с помощью указанной ниже последовательности действий.

- Сначала определяется раздел и семейство моделей (Рис.4.) – открывается окно выбора компонента.

Рис.4.

-Параметры трансформатора задаются в следующем окне, которое можно вызвать двойным щелчком левой кнопкой мыши по трансформатору:

Рис.5.

За индуктивность первичной обмотки принимается значение , за индуктивность вторичной обмотки , задается коэффициент связи

- Резисторы и емкости выбираются из виртуальных компонентов, в качестве номиналов вносим посчитанные ранее значения.

Рис.6.

Рис.7.

- Добавляем к схеме генератор сигналов (function generator) — это источник напряжения, который может генерировать синусои­дальные, пилообразные и прямоугольные импульсы. Можно изменить форму сигнала, его частоту, амплитуду, коэффициент заполнения и постоянный сдвиг. Диапазон генератора достаточен, чтобы воспроизвести сигналы с частотами от несколько герц до аудио и радиочастотных.

У генератора сигналов есть три терминала-источника импульсов. Общий центральный терминал определяет положение нуля.

Рис.8.

Устанавливаем частоту 100МГц и амплитуду сигнала 1В.

- Добавляем Плоттер-Боде, он отображает относительный фазовый или амплитудный отклик входного и выходного сигнала.

- Запускается процесс моделирования.

-Определяются параметры ВЦ.

1. Резонансная частота fo = 100,455 МГц (Рис.9)

Рис.9.

2. Коэффициент передачи ВЦ на резонансной частоте Кo

3. Полоса пропускания П=101,016МГц-99.671МГц=1,345 МГц (Значения частот смотрим на рис. 11 и 12)

Чтобы найти полосу пропускания на уровне -3дБ, нажимаем на ползунок правой кнопкой и устанавливаем значение У(Рис.10)

Рис.10.

Рис.11.

Рис.12.

4. Сравниваем:

А) Qэк с Qэкрасч.=1/0,013=77.

Б) fo с foрасч.

В) Кo с Кoрасч.=1,545

5. Определяем подавление зеркальной помехи с отстройкой от сигнала на

Рис.13.

Рассчитанная ВЦ обеспечивает требуемую избирательность.