Для начинающих. Коротко о LTspice. Часть 4. Трансформаторы.

Как ни нравился мне LTspice, но не мог понять, почему разработчики не могли сделать модель трансформатора, со значком, который можно перетащить в схему. А отсутствие трансформаторов делало невозможным моделировать такие схемы, как , например, DSB модуляторы. Я было плюнул уже на все это, так описание всяких математических моделей - это не для меня. И вот вчера, просматривая в сети возможность сделать модель трансформатора, и вот на сайте https://electronicsbeliever.com/ я нашел статью "Модель трансформатора в LTspice – пошаговое руководство", а потом заглянул в книгу Володин В. Я. "LTspice: компьютерное моделирование электронных схем." Ведь я ее читал, но, видимо, "по диагонали" :)).

Рис. 1.

И оказалось, что все там, еще в 2010-м было описано. Коротко расскажу о том, что я там почерпнул. Оказывается, что в LT есть не только модели элементов. но и директивы. Одна из самых коротких - "К", которая и позволяет связать разные обмотки в один трансформатор. Трансформатор этот - линейный, т.е. он не учитывает явление гистерезиса, насыщения сердечника и т.д. Это простейший вариант. И вот как он реализуется.

Формат этой директивы такой: К№ L1 L2 .... 1. После буквы К стоит порядковый номер трансформатора (их на схеме может быть несколько, а если транс только один, то цифру можно не ставить). Затем идет перечисление через пробел всех катушек, которые входят в трансформатор, причем совсем не обязательно, чтобы они были сгруппированы вместе. Последней стоит цифра 1, которая говорит о том, что в нашем трансформаторе нет потерь. Можно заменить ее на меньшую единицы, но физический смысл это не изменит. Как же написать эту директиву?

Рисуем схему:

Рис. 2.

Затем щелкаем правой кнопкой мыши на поле схемы.

Рис. 3.

Выбираем в меню Draft, а нем - SPICE Directive. Открывается окно, в котором на латинице вводим нужный текст.

Рис. 4.

И жмем на Ок.

Рис. 5.

Обратите внимание. что у катушек появились обозначения начала обмотки. Оказывается, что это можно сделать и с обычной катушкой. Чтобы обозначить начало намотки, нужно зайти в меню катушки и поставить галочку.

Рис. 6.

Но вернемся к нашему трансформатору. Я перевернул L2, чтобы сменить ее фазировку, для наглядности графика. Для лучшего согласования генератора с катушкой уменьшил его сопротивление до 50 Ом.

Рис. 7.

Напряжение на обоих обмотках одинаково, так как их индуктивности равны. А если нужно сделать повышающий трансформатор, то нужно иметь в виду, что коэффициент трансформации равен отношению числа витков обмоток или корню квадратному из отношения их индуктивностей. Т.е., если коэффициент трансформации равен 2, то отношение индуктивностей должно быть 4. Вот подтверждение этому.

Рис. 8.

Индуктивность L2 в 4 раза больше индуктивность L1, а напряжение на L2 в два раза больше, чем на L1.

Трансформатором является и колебательный контур с катушкой связи.

Рис. 9.

Вот пример с двумя трансформаторами.

Рис. 10.

Пригодятся и трансформаторы с симметричной вторичной обмоткой, которые используются в смесителях и двухтактных усилителях.

Рис. 11.

На графиках - сигнал на выводах L2 и L3, они противофазны, что и требуется.

Теперь о практических устройствах. Используя катушку с отводом мне не удалось запустить блокинг-генератор, а вот, используя трансформатор - удалось.

Рис. 12.

На графике напряжение на нагрузке R2. Амплитуду можно менять, изменяя индуктивность L2.

Ну, и модулятор:

Рис. 13.

Частота ВЧ - 5 МГц, НЧ - 2 кГц, контур L5,C1 настроен на 5 МГц. График показывает форму сигнала DSB на контуре L5,C1.

Заработал и кольцевой смеситель.

Рис. 14.

Сигнал имеет частоту 3,5 МГц (200 мВ), гетеродин - 8,5 МГц (2 В), а на выходе получаем сигнал ПЧ = 5 МГц, который выделяется полосовым фильтром.

И если сигнал ПЧ вполне себе синусоидальный, то вот синусоидальный сигнал обоих генераторов меняется разительно.

Рис. 15.

И, если ограничение на уровне около 0,8 В сигнала гетеродина (зеленая кривая) можно объяснить пороговыми свойствами диодов, то форму сигнала на катушке L4 объяснить довольно трудно.

Но трансформаторы-то работают!

Всем успехов и здоровья!