Wie simuliert man einen 2-MHz-Quarzoszillator mit LTSpice?

Die beiden Spannungsquellen, die Sie für die Operationsverstärkerschienen haben, sollten Gleichstromquellen sein.

Verwenden Sie den transienten Analysetyp.

Oszillatoren bereiten einem Simulator oft Probleme. Zwei Möglichkeiten. Wenn sie den ersten DC-Lösungsschritt ausführen, konvergieren sie nicht, da der Punkt an einem Oszillator darin besteht, dass er instabil ist. Oder in der realen Welt beginnt der Oszillator mit der Rückkopplung von Rauschen, und ein idealer Simulator ist geräuschlos, sodass nichts die Oszillation auslösen könnte.

Sie können diese beiden Probleme beheben, indem Sie die „Anfangsspannung“-Bedingungen für einen oder mehrere Kondensatoren oder Knoten festlegen. Dies kann die Rückkopplungsschleife eines instabilen Schaltkreises unterbrechen und einem Schaltkreis, der gestartet werden muss, einen Kick verpassen. Verwenden Sie die .ic-Direktive. C1 und C2 wären ideale Kandidaten für diesen Eingriff.

C1 und C2 sehen für einen 2-MHz-Oszillator schrecklich groß aus. Sind Sie sicher, dass Sie die richtigen Werte haben?

Ich werde versuchen, dies einfach zu halten: -

• Mit RL gleich 100 kOhm und C2 gleich 100 nF erzeugen Sie einen Tiefpassfilter mit einer Grenzfrequenz von 159 Hz.
• Bei 1,59 kHz beträgt die Dämpfung 20 dB und bei 15,9 kHz beträgt die Dämpfung 40 dB (dh Anstieg um 20 dB pro Frequenzdekade).
• Bei 159 kHz beträgt die Dämpfung 60 dB und bei 1,59 MHz beträgt die Dämpfung 80 dB.

Bei 2 MHz beträgt die Dämpfung also etwas mehr als 80 dB - wie können Sie erwarten, dass diese Schaltung schwingt, wenn die Verstärkung (gebildet durch RF und R1) nur zehn beträgt? Denken Sie darüber nach, was Sie hier tun.

Aber es wird noch schlimmer, weil es für die Serienresonanz (die dieses Design zu emulieren versucht) eine weitere Dämpfungsstufe gibt, die durch CS und C1 verursacht wird. Sowohl CS als auch C1 bilden den kapazitiven Zweig einer abgestimmten Reihenschaltung, aber da CS nur 0,0122 pF und C1 10 nF beträgt, gibt es eine weitere Dämpfung von 820.000 oder 118 dB bei C1.

Hoffentlich sollten Sie jetzt erkennen, dass RL, C1 und C2 völlig ungeeignete Werte sind. Wenn, wie Sie in einem Kommentar sagen, Ihr Buch diese Werte geliefert hat, sollten Sie entweder eine Lesebrille kaufen oder das Buch wegwerfen.

Kann mir jemand sagen, welche Funktionen ich für die Spannungsquelle wählen sollte?

Die einzigen Spannungsquellen, die ich sehen kann, sind die Gleichstromversorgungen für den LT1001, und bei 15 Volt scheinen diese ausreichend zu sein, aber jetzt, wo wir über den Operationsverstärker sprechen, werfen Sie einen Blick auf das Datenblatt und Sie werden sehen, dass er eine Verstärkung hat -Bandbreitenprodukt (GBP) von typischerweise 0,8 MHz. Das bedeutet, dass dem Operationsverstärker die Puste ausgeht und er bei einer Frequenz über 800 kHz keine Spannungsverstärkung liefern kann.

Mit anderen Worten, der Operationsverstärker ist für den Betrieb als Pierce-Oszillator bei 2 MHz völlig ungeeignet.

Wählen Sie also einen Operationsverstärker mit einem GBP von mehr als (sagen wir) 50 MHz, machen Sie RL eher wie 100 Ohm (nicht 100 kOhm) und machen Sie C1 und C2 eher wie 10 pF (Pikofarad), und es könnte einfach funktionieren.

Lesen Sie zuerst die Antwort von Neil_UK und dann diese.

Eine zusätzliche Herausforderung für die Simulation eines Kristalls (oder eines Modells davon) besteht darin, dass ein Kristall einen sehr hohen Q- oder Qualitätsfaktor hat .

Dies bedeutet, dass es viele Zyklen dauert, um die Energiemenge im Kristallresonanzkreis zu ändern. Dies bedeutet, dass es sehr unpraktisch ist, einen solchen Oszillator in einer transienten (Zeit-)Simulation zu simulieren, da es sehr lange dauern wird, bis ein stabiler Zustand erreicht wird, da Amplitudenänderungen extrem lange dauern (viele Zyklen dieser 2 MHz).

Bevor Sie auch nur daran denken , einen Quarzoszillator zu simulieren und daraus aussagekräftige Ergebnisse zu erzielen, empfehle ich Ihnen dringend, zuerst Erfahrungen mit Nicht-Quarzoszillatoren zu sammeln.

Um einen Oszillator richtig zu simulieren, müssen Sie wissen, wie Sie feststellen können, ob er genügend Loopgain hat. Bei einem Quarzoszillator kann man sich sehr leicht durch das hohe Q täuschen lassen, denn wenn man den Quarz anregt, scheint er in der Simulation weiter zu schwingen, während in der Praxis die Schwingung abklingt.