电路仿真中的噪声

TsinghuaJoking 2024-12-16 07:31
一、前言

  在前几天,测试了这个多谐振荡器的仿真过程。电路中,特地设置两个三极管的偏置电阻不同,一方面便于这个电路起振,另一方面,这两个电阻的不同,也决定了两个三极管究竟谁先饱和,谁先截止。不过在实际电路中,往往决定电路起振的因素,是电路中的噪声。这里就设置了这样一个噪声信号源,下面看看这个噪声信号源究竟是如何影响电路的起振过程的吧。

二、噪声源

  加下来,让我们先看一下这个噪声电压源。它使用LTspice中的BV 元器件。可以设定输出电压的函数。下面,先让我们单独对这个 BV 器件进行分析。这里选择信号函数为 白噪声,它输出 ±0.5V之间的均匀分布的白色噪声。后面乘以万分之一,将噪声的幅度压缩到±50微伏。随机噪声依赖于它的参数中的整数部分,其中 time 表示仿真时间,mc 函数表示 monto carlo实验,使用计算机的时钟作为随机数初始化,可以使得每次仿真实验都各不相同。后面乘以 一个很大的倍数,可以使得前面变化的时间变量对应的很大的整数部分在变化。

  给出一次随机噪声电压源仿真输出的结果。可以看到在1ms之内,信号的幅度在± 50微伏之内随机变化。这是另外仿真结果,与第一次结果不同。下面,设置仿真20次,可以看到,20次的随机噪声各不相同。在这里,说明了如何在LTspice中引入噪声源的方法。除了 white 噪声,还有其它噪声函数,可以参见 LTspice的联系帮助文档。

三、多谐震荡启动

  下面,设置多谐振荡器两个偏置电阻有差别。在其中左边三极管的集电极上串联一个噪声电压源。噪声的峰峰值为 50微伏。进行100次仿真。  查看两个三极管集电极的电压波形,可以看到左右两个三极管的集电极电压,在启动过程中,分别饱和和截止。这与他们基极偏置电阻有关系。噪声影响了启动过渡过程的时间长短。特别可以看到,有的时候,启动时间特别的短。

  下面,将两个三极管基极偏置电阻设置成相同。然后在进行100次仿真,可以看到,在噪声的作用下,其中一个三极管在启动过程中,究竟是开始趋向于饱和,还是趋向于截止,呈现处随机的状态。而且,过渡过程的长短也发生了很大的改变。

  下面,将噪声源的幅度设置为 0,此时,电路进入震荡状态的时间延长了。而且 一百次的仿真结果,起振过程都是一致的。如果,将噪声源的幅度修改为±0.5微伏,非常非常小的噪声。可以看到,就这么点的噪声,一方面减少了起振时间,另一方面,三极管第一次进入饱和或者截止呈现随机状态,而且起振的时间长短也变得随机了。

  结 ※

  文介绍了如何在电路中引入噪声的方法。可以设置每次仿真,噪声都是随机的。对于多谐振荡器,如果两个三极管的参数不同,他们起振的过程基本上是由相应的电阻、电容的参数影响。如果参数一直,则振荡电路起振过程则是由道电路中的噪声的影响。

参考资料
[1]

多谐振荡器的启动过程: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/144385819


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