振荡电路仿真
这是50楼SAWR(SAW Resonator)文件中的一个应用电路图。基极对地接的器件是双端口SAWR,但是作为单端口器件使用,其等效电路及特性见下图。
左图是器件文件给出的等效电路,各元件值按文件给出的设定,略有修改,以校正仿真传输曲线与文件曲线150 KHz左右的频差。器件标称频率是433.92 MHz,曲线对应的频率范围是0.75 MHz。 左图上图是传输特性仿真。箭头-1和-2各是内阻为50欧的仿真信号源和接收机(内阻没有以元件形式显示,但是被用于仿真计算)。中图是传输特性,红线为S21幅频特性,蓝线为传输相频特性。右图是阻抗圆图,红线是双端口应用时的输入、输出端口反射系数S11、S22(未显示,S22=S11),显示了端口阻抗-频率特性(阻抗与频率的对应关系:在曲线上按顺时针方向变化,对应着频率从低到高变化)。 左图下图是器件在单端口应用下的端口阻抗仿真电路图,端口反射系数S33见右图阻抗圆图中的蓝色曲线。 注意,在标称频率433.92 MHz上,各端口阻抗呈现容性(阻抗圆图上半部阻抗为感性,下半部阻抗为容性)。
仿真 左图是按照器件文件中应用电路建立的振荡器仿真电路图。箭头-1、-2的接入方式是至少4种接入方式中的一种,箭头-1的内阻R01是动态的,箭头-2的内阻是50欧。与箭头-1连接的方框是前面SAWR的数据模型。器件与箭头-1连接端在电路中接地,在仿真中接入仿真源,由于源阻抗R01很小,该端点连接阻抗近似接地,与实际电路条件接近。 电路上图是传输特性仿真,指标有增益S’21(不是S21,因为R01不等于R0)和群延时GD。起振条件的判据是:在起振频点上,|S’21|=1(0dB),GD<0。见右上仿真曲线。 电路下图基本复制上图,是输入回路净阻Rnet仿真电路,仿真源是箭头-3。起振条件的判据是:在起振频点上,Rnet<0。见右下仿真曲线。 S’21、GD、Rnet判据需要同时满足。
仿真解读 起振频点可以通过调节元件参数改变,见右上图中的实线和虚线的移动范围,它们可以高于或者低于谐振器的标称频率,也可以等于标称频率。这说明了器件标称频率特性并不能始终保证起振条件的优势(器件在反馈通路中的应用也是如此,即低插损特性并不能维持振荡总发生在此频点上)。 SAWR并不是主谐振电路元件,主谐振元件是L、C1、C2,但是SAWR的特性影响到振荡,例如窄带特性。如果在振荡频率上用无源元件等效替换SAWR,振荡的谱线将大大加宽,在上面0.75 MHz仿真频带内,S’21基本上是一水平直线或者斜率很小的斜线。这也说明,每个元件对振荡都有贡献。 调节谐振元件参数,振荡既可以工作在SAWR的容性区间,也可以工作在其感性区间,振荡频率随之变化。如果基极接感性元件或者容性元件,电路各是什么类型振荡器? “正反馈”是起振的基本概念,负阻是正反馈的结果。在分析起振条件中一定要分析2nπ的相位平衡条件吗?在五花八门的电路中如何确定输入、输出、反馈之间的相位,恐怕没人能说的清。因此,有必要质疑相位平衡分析法的必要性,毕竟解决工程问题的手段是要化简,不是求繁。本仿真判据是建立在负阻特性之上的,可以看出,这些判据适用于多种类型的振荡电路,分析方法简单可靠。 因此,在电路分类上可以化简,在分析方法上也可以化简。
需要说明的是,在存在非线性的情况下,三点式振荡器频率“一定”低于其线性仿真频率,幅度越高,频率越低,还没见到过例外。原理就不在这里说了。
从仿真中还可以解读出其他内容,各取所需吧。可能有人会怀疑本纸上谈兵的仿真,那我就先点一下:我是有更复杂的实战作后盾的。
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