3.2 Моделирование усилителя с цепью пос

Целью моделирования является проверка условий самовозбуждения. Соберём схему автогенератора с цепью ПОС (рис.6):

Рис.6 Схема для моделирования частотных характеристик автогенератора с цепью положительной обратной связи

Полученная схема представляет собой генератор Копитца с разомкнутой цепью положительной обратной связи.

Параметры источника сигнала XFG1 не задаём, при моделировании значения изменяются в программе автоматически.

Для проверки условий самовозбуждения автогенератора построим его частотные характеристики (рис.7). Для частотного анализа выходного сигнала выбираем точку 5.

Рис.7 Частотные характеристики автогенератора с цепью положительной обратной связи

Приверим условия баланса фаз и амплитуд на частоте генерации по рис.6.Как легко заметить, все условия самовозбуждения выполняются: условие баланса амплитуд К_У*К_ОС=0.844 и условие баланса фаз φ₀=0.018º. Теперь, замкнув цепь ПОС со входом усилительного каскада, можно приступить к моделированию автогенератора.

3.3 Моделирование трёхточечного автогенератора синусоидального сигнала

На заключительной стадии разработки автогенератора выполним имитационное моделирование автогенератора с целью проверки требований задания на разработку. Для моделирования будем использовать схему на рис.7.

Рис.8 Схема для моделирования индуктивного трёхточечного автогенератора

В окончательном варианте схемы (рис.8) номинал резистора R_э1=13 Ом. Связано это с отсутствием автоколебаний вследствие низкого коэффициента усиления при значении R_э1=15 Ом.

Оценим режим работы и форму сигнала с помощью осциллографа(рис.8):

Рис.9 Осциллограмма нарастания амплитуды сигнала в нагрузке после включения источника питания

Автогенератор работает в режиме мягкого самовозбуждения, так как плавно нарастает амплитуда колебаний в нагрузке.

Для оценки параметров сигнала в нагрузке автогенератора изменим развёртку по времени и напряжению осциллографа (рис.10):

Рис.10 Осциллограма сигналов на выходе автогенератора в установившемся режиме

Так как автогенератор работает в режиме мягкого самовозбуждения, форма сигнала на выходе повторяет сигна на его входе. Зафиксируем результаты измерений периода сигнала в нагрузке в виде разницы временных интервалов Т2-Т1=4.99 мкс (рис.10). Рассчитаем частоту генерации через период:

F_г=1/Т=1/4.99 мкс=200.4кГц.

Для измерения уровня нелинейных искажений при услилении сигнала разложим гармонический сигнал в ряд Фурье, учитывать будем первые 9 гармоник (рис.11).

Как видно из спектра сигнала в нагрузке (рис.11), основная мощность сосредоточена на частоте генерации. Коэффициент гармоник Кг=3.76%, что соответствует требованиям задания.

Fourier analysis for V(7):
DC component:	-3.9428e-005
No. Harmonics:	9
THD:	3.755504 %
Gridsize:	256
Interpolation Degree:	1
Harmonic	Frequency	Magnitude	Phase	Norm. Mag	Norm. Phase
1	200000	0.344247	-0.30618	1	0
2	400000	0.00260017	-86.211	0.0075532	-85.905
3	600000	5.73167e-005	7.02683	0.000166499	7.333
4	800000	9.84665e-007	97.9068	2.86034e-006	98.213
5	1e+006	1.042e-007	179.375	3.02689e-007	179.681
6	1.2e+006	2.16737e-008	-104.94	6.29598e-008	-104.64
7	1.4e+006	1.2496e-007	172	3.62995e-007	172.306
8	1.6e+006	1.99862e-008	-95.436	5.80578e-008	-95.13
9	1.8e+006	1.34573e-007	-26.343	3.90919e-007	-26.036

Рис.11 Спектральная характеристика сигнала в нагрузке

Для оценки максимальной мощности сигнала в нагрузке необходимо измерить действующее значение напряжения в нагрузке. Воспользуемся измерительным пробником(рис.12).

Рис.12 Итоговая схема автогенератора с измерительным пробником

Действующее значение напряжения в нагрузке (V[rms] на рис.12) составляет U_д=5.57 В.

Мощность в нагрузке усилительного каскада:

Р_н=U_д² / R_н=(5.84В)² / 1500 Ом=22.7мВт.