模拟电感参予的谐振仿真

只看该作者 · 2020-5-19 08:37

图1原理图是个单运放构成的等效电感电路。用箭头-1的Z参数仿真端口阻抗ZP11，其实部、虚部示于图1。

在频率f =4.7962 kHz，实部RE[ZP11]=2.6欧，其左侧为负阻，右侧为正阻；

在1-10 kHz范围内虚部都是感抗，如果频率上限再向高扩一些，虚部将出现容抗。

虚部峰值感抗频率是7.3432kHz。

元件参数表列于图1，电阻单位：欧，电容单位：pF。R1=100，R2=300 k，C=100nF。

图1

只看该作者 · 2020-5-19 08:46

本帖最后由 jz0095 于 2020-5-19 08:53 编辑

图2分为上下两张，上图是谐振曲线，下图是无谐振的图1，用于比较。

在图1虚部峰值频率7.3432kHz处设置频标，当外接谐振电容C3=200 pF时，出现谐振阻抗，即实部出现峰值，虚部为0（10欧，显示频率步长精度所致）。

图2

只看该作者 · 2020-5-19 08:49

本帖最后由 jz0095 于 2020-5-19 08:54 编辑

图3是在图1实部的正负阻分界频率4.7964 kHz处发生的谐振，C3=934.36 pF。谐振峰值阻抗尖锐，其左侧阻抗：负阻、感抗；右侧阻抗：正阻、容抗。

图3

只看该作者 · 2020-5-19 08:50

本帖最后由 jz0095 于 2020-5-19 08:52 编辑

图4显示在负阻区的谐振，此时C3=20 nF，谐振频率是1.279 kHz，谐振阻抗为负峰值。

图4

图2-4谐振曲线的宽度反映出谐振的Q值不同，它们对应着各自实部的绝对值大小。

只看该作者 · 2020-5-19 08:59

图5是将R1由100欧变为200欧时的谐振图。

此时图1的模拟电感阻抗，全域的感抗由图1中最高的75 k降为图5的最高50k（Im[ZP11]曲线）；全域没有负阻；在图1正负阻分界频率4.7962kHz处，谐振状态见图（ZP22曲线）。与图3的谐振相比，图5的Q值低了许多（对应的图5模拟电感的实部增加了许多，28.6k欧与2.6欧的差别）。

图5

只看该作者 · 2020-5-19 09:02

讨论

比较图1与图5，R1越小，感抗变化就越剧烈，就越容易产生负阻。

在图1负阻区，容易产生符合振荡的条件。在这些模拟电感端口阻抗条件下，只要有适当的外部等效电容，不需要外接信号源，在端口负阻区就会产生由负阻持续提供能量的增幅谐振，直至稳态，即振荡。
由图5仿真可见，加大R1可能消除此频率范围内的负阻振荡条件。

以上是一些没有实战过的纸上谈兵，仅供参考。

只看该作者 · 2020-5-19 13:28

king5555 发表于 2020-5-19 13:23
很好。能否看下电压时域波形，从触发的激励使用。关系到还x大的清白。 ...

这个软件看不了电压波形。

你指的是什么问题？

1万 · 2020-5-19 13:59

jz0095 发表于 2020-5-19 09:02
讨论

比较图1与图5，R1越小，感抗变化就越剧烈，就越容易产生负阻。

这个软件教程好少呀，怎么在tune里增加变量？

只看该作者 · 2020-5-19 14:55

king5555 发表于 2020-5-19 13:23
很好。能否看下电压时域波形，从触发的激励使用。关系到还x大的清白。 ...

从你画的图来看，你想验证模拟电感能否通过直流电流。从我上面的电路原理图来看，我分析，可以有通过R1（100欧）进入运放输出端的直流。

你图的测量可以这样安排：
安全电压的电池；开关由一个方波发生器控制，保证正脉冲充电，0时断路；谐振电路并接一个电阻释放能量；用示波器探头测量并联端；方波频率要低于谐振频率。
这样，当开关接通电池后，示波器上将会在脉冲0处有类似调制包络中载波的画面--衰减振荡的包络。

手工控制开关的通/断，大致看下包络画面也行，不一定要看到稳定清晰的振荡曲线。

这是我的猜想。

只看该作者 · 2020-5-19 19:51

叶春勇发表于 2020-5-19 13:59
这个软件教程好少呀，怎么在tune里增加变量？

打开软件，将出现下面选项和参数调节窗：

在上部窗中点击“Equations”，就打开“Global Equations”窗，见下图。

在此窗中填写变量。凡是加问号的参数，都将出现在“tune”表中，见顶图下部参数表中与问号对应的变量（R1、R2、C）。
当需要调节C3时，就在C3行中加个问号。

1万 · 2020-5-20 15:10

本帖最后由叶春勇于 2020-5-20 15:15 编辑

jz0095 发表于 2020-5-19 19:51
打开软件，将出现下面选项和参数调节窗：

谢谢，我知道搞了。
我仿真了双T振荡器
把受控源加了限幅器，用三极管线性π模型可以仿真出来。

这个集电极输出波形：

现在我认为，用线性去解释起振应该是行得通的。
经仿真加不加限幅器都起振。

1万 · 2020-5-20 15:32

我认为这一句经不起推敲的。

用线性理论去解释振荡器，按照我的理解就是往二阶LC振荡电路上去套。
其中有L C R
放大器构成个-R去抵消这个+R。根据拉普拉斯变换，由L和C组成的传递函数是w/(s^2+w^2)或s/(s^2+w^2)
这个传递函数的冲击响应就是正弦波或余弦波。
这是我理解的负阻。
那么根据排列组合。
选频网络1：L C R
需套出负阻 -R
选频网络2：L + R。
那么放大器网络需要套出负阻和电容，-R-jxc,第三象限负阻，从而整个网络套出L C
选频网络3：C + R。这种多谐振荡器经常这么搞。
那么放大器网络需要套出负阻和电感，-R+jxl,第二象限负阻，从而整个网络套出L C

只看该作者 · 2020-5-21 08:01

叶春勇发表于 2020-5-20 15:32
我认为这一句经不起推敲的。

用线性理论去解释振荡器，按照我的理解就是往二阶LC振荡电路上去套。

这是当时直观的认识，认为RC类不属于LC振荡原理。在此书完成之前，我对RC振荡器有过一些仿真，但是由于没有试验的支持，不能写进书中。

现在你在这方面进展挺快，很好，我支持你和其他人的深入研究。

只看该作者 · 2020-5-21 19:52

HWM 2020-5-21 08:45 回复TA
通常所说的“LC谐振”是指无源LC电路网络的谐振（或振荡）。有源RC电路与无源RC电路有着本质差别，不能将有源电路特性套用到无源电路上去。

我的观点，对于有源、无源LC电路，都可以有谐振，即有源谐振（振荡器的振荡）和无源谐振（阻尼振荡）。无源RC电路不存在谐振。从黑-箱的等效观点看，有源LC、RC电路都可以有谐振。

2万 · 2020-5-22 18:58

king5555 发表于 2020-5-22 18:38
我仿真了，按照我前几楼电路，是有短暂的阻尼振荡，频率是相同于电路参数的10KHz。电路已经是稳态之后， ...

不懂不要装懂！

建议看看下面的图。

2万 · 2020-5-22 19:00

摘自：https://bbs.21ic.com/icview-2953492-1-1.html

2万 · 2020-5-22 19:05

关于那个“干掉开关电源中的电感”，可以再看看下列帖子：

有源“电感”
https://bbs.21ic.com/icview-2949290-1-2.html

“干掉开关电源中的电感”...
https://bbs.21ic.com/icview-2950118-1-1.html

GIC“电感”应用于BUCK电路完全失去了其“电感”特性
https://bbs.21ic.com/icview-2951574-1-1.html

GIC“电感”应用于BOOST电路
https://bbs.21ic.com/icview-2951658-1-1.html

“电流方向”...
https://bbs.21ic.com/icview-2950162-1-1.html

“GIC”...
https://bbs.21ic.com/icview-2950176-1-1.html

“负阻”...
https://bbs.21ic.com/icview-2950250-1-1.html

2万 · 2020-5-22 19:12

jz0095 发表于 2020-5-21 19:52
我的观点，对于有源、无源LC电路，都可以有谐振，即有源谐振（振荡器的振荡）和无源谐振（阻尼振荡）。无 ...

关于“黑箱”，注意上面模型示意图，这显然不是个二端（单端口）网络。

只看该作者 · 2020-5-22 19:58

HWM 发表于 2020-5-22 19:12
关于“黑箱”，注意上面模型示意图，这显然不是个二端（单端口）网络。
...

从简单的分析起，我仿真的模拟电感就是一个单端口网络。

1万 · 2020-5-22 21:31

king5555 发表于 2020-5-22 18:38
我仿真了，按照我前几楼电路，是有短暂的阻尼振荡，频率是相同于电路参数的10KHz。电路已经是稳态之后， ...

可以谐振的，需要负阻

这个是波形，超低频正弦波振荡器

模拟电感参予的谐振仿真

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