本帖最后由 jz0095 于 2012-8-20 06:14 编辑
本例是4 MHz CC（共集电极）高损耗晶体振荡器的仿真，电路图见图8。之所以选择此电路，是因为晶体振荡器通常比普通LC振荡器的仿真实现要困难；并且CC振荡器常被赋予单端口负阻模型，没有振荡器的传输增益。本例为挑战这些难题，故选择了这个电路。
图8--4MHz CC晶体振荡器电路原理图
图8中， C1、C2、C3、Rr 是变量；其他元件设置电路的静态工作点、电路的耦合、退耦，它们是，C4=1 nF、C5=100 nF、C6=470 pF、R1=220欧、R2=27 K欧。
晶体管T的型号是BFG520，偏置设置在Vce=2.8 V，Ie=10 mA。器件的S参数文件由厂家提供。由于4 MHz低于厂家提供参数的频率范围，因此仿真软件对厂家提供的S参数作了向低频端的外插。谐振器是4 MHz的石英晶体，其功能相当于一个电感。晶体的S参数由网络分析仪（NA）测得并被人工制成数据文件。C3在输出端口，与频谱仪（SA）相接，SA的输入阻抗为50欧。Rr 是人为强加给晶体的损耗元件，用于模拟一个非正常的晶体器件，增加Rr将导致停振。Rr与晶体结合，形成了一个“损耗可变晶体谐振器”。
图9--图8的S’21和GD传输特性仿真电路图
图9是传输特性的仿真电路图。图9与图8中相同位置上的元件具有相同的参数，图10中也如此。
图9中，内源由“箭头-1”代表，其内阻是R01。端口2的接收机由“箭头-2”代表，其内阻是R02。名为“4MHz Xtal”的方框是晶体谐振器，由其S参数文件建模。
箭头中的R01和R02没有分别以元件的形式出现，但是其参数会被仿真计算所用。
图10--图8的回路净阻仿真电路图
图10是测量回路净阻的仿真电路图，用Z参数（开路参数）测量。图中，R01、Rr、晶体、Zin(有源电路的输入阻抗)的串联，形成了输入回路阻抗。
与图9传输特性仿真电路图不同的是，2端口的箭头消失了，取而代之的是原置端R02，用以保证在2端口开路条件下（并联开路阻抗），原置端条件不变。同时，在输入端串接R01，箭头-1代表Z参数测试源（相当于内阻为无穷的万用表）。
图8中，当C1=714 pF、C2=590 pF、C3=1 nF、Rr=0、R01=0.018、R02=50时，电路满足振荡判据，仿真指出，振荡发生在3.99921 MHz。当Rr=220欧后，电路停振，图11仿真了其传输特性。
图11--当Rr=220欧停振时，图9传输特性的仿真曲线
停振后，在前面振荡频率上，增益 S’21约为-20 dB，相位斜率<0（未显示）或者GD>0(2.8∙106 ns)。这是一个衰减器的特性。
图12中，在前面频率上，输入回路的净阻Rnet=200欧，电抗约3.3欧（接近0）。
图12--停振时，图10的输入回路净阻仿真曲线
该仿真诊断与停振条件相符。
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为使电路在高损耗条件下重新起振，即仍保留Rr=220欧条件，仿真仅调整了其他部分元件参数：C2从390 pF变为690 pF、C3从1 nF变为440 pF、R01从0.018变为0.128欧，在3.99928 MHz，仿真满足判据要求：S’21≈0 dB (0.07dB)，GD<0 (-20∙106 ns)，Rnet<0(-40.3欧), 见图13、图14。
图13--重新起振后的传输仿真曲线(S’21≈ 0 dB，GD<0)
图14--重新起振后输入回路净阻仿真曲线
在满足判据条件后，实际电路在高损耗下重新起振，本实例仿真诊断成功。
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