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作者：Antoniu Miclaus，系統(tǒng)應用工程師 目標 本實驗活動的目標是研究振蕩器的特性。振蕩器可產生脈沖輸出（短周期脈沖）并由輸入方波控制。 背景知識 正弦波振蕩器會以預設的頻率無限期地產生輸出波形；也就是說，它會持續(xù)不斷地運行。雷達等設備中的許多電子電路要求振蕩器在特定時間內開啟，并在之后的時間保持關閉狀態(tài)，直到需要時再開啟。此類電路被稱為脈沖振蕩器或振鈴振蕩器。它們其實是在特定時間開啟和關閉的正弦波振蕩器。圖1顯示了脈沖振蕩器的電路圖，諧振電路位于發(fā)射極電路中。VGATE上的正輸入會使Q1深度導通，電流流經L1。因此，振蕩無法發(fā)生。負向輸入脈沖（簡稱“門控”）會切斷Q1，諧振電路發(fā)生振蕩或振鈴，直到門控輸入結束或振鈴消失或停止（以先發(fā)生者為準）。 
圖1.脈沖振蕩器 要了解此電路的工作原理，假設LC諧振電路的Q值足夠高，能夠防止阻尼。當輸入門控脈沖呈負跳變時（T0到T1和T2到T3期間），電路會產生輸出。其余時間（T1到T2）晶體管深度導通，電路無輸出。輸入門控脈沖的寬度用于控制輸出信號的持續(xù)時間。門控脈沖越寬，輸出振蕩或振鈴的時間越長。 LC諧振電路的諧振頻率由公式1得出：
脈沖振蕩器有多種類型，適用于不同的應用場景。圖1所示為發(fā)射極負載式脈沖振蕩器的原理圖。諧振電路也可以放在集電極中，這種情況稱為集電極負載式脈沖振蕩器。發(fā)射極負載式振蕩器和集電極負載式振蕩器的區(qū)別在于輸出信號。發(fā)射極負載式NPN脈沖振蕩器的第一個周期是負周期。集電極負載式脈沖振蕩器的第一個周期是正周期。如果使用PNP，則發(fā)射極負載式振蕩器和集電極負載式振蕩器的第一個周期均會反向。 您可能已經注意到，我們的討論中沒有提到反饋。請記住，正反饋是振蕩器維持振蕩的必要條件。針對脈沖振蕩器，它僅在極短時間內產生振蕩。但請注意，當增加輸入門控脈沖（用于關斷晶體管）的寬度時，由于缺乏反饋，正弦波的幅度在門控周期快要結束時會開始減小（阻尼）。如果某個特定應用需要較長的振蕩周期，則振蕩器電路需要使用反饋。在這種情況下，工作原理保持不變，只是反饋網絡會讓振蕩周期維持所需的時間。 材料 • ADALM2000主動學習模塊 • 無焊試驗板 • 跳線 • 一個小信號NPN晶體管(2N3904) • 一個470 kΩ電阻 • 一個100 μH電感 • 一個100 pF電容 • 一個0.1 μF電容 說明 在無焊試驗板上構建圖2所示的脈沖振蕩器電路。方塊表示連接ADALM2000模塊AWG、示波器通道和電源的位置。確保在反復檢查接線之后，再打開電源。
圖2.脈沖振蕩器電路 硬件設置 將AWG1設置為方波，峰峰值幅度為1.4 V，偏移為零。將頻率設置為50 kHz，占空比設置為50%（方波在周期的50%時間內為高電平）。將兩個示波器輸入均設置為500 mV/div，并將時基設置為2 μs/div。將觸發(fā)信號設置為通道1的下降沿。試驗板連接參見圖3。
圖3.脈沖振蕩器電路試驗板連接 程序步驟 打開+5 V電源，并啟動AWG。觀察輸出波形。它應該由若干周期的正弦波脈沖組成，從AWG 1方波的下降沿開始，到上升沿結束。參見圖4。
圖4.脈沖振蕩器電路Scopy截圖 請注意，輸出正弦波以地(0 V)為中心，在正負方向上擺動。測量輸出正弦波的頻率。測量輸出正弦波脈沖的第一個和最后一個周期的峰峰值幅度。從脈沖開始到結束，幅度下降了多少？ 問題 1. 什么是脈沖振蕩器？ 2. 脈沖振蕩器有哪些常見用途？ 您可以在學子專區(qū)論壇上找到問題答案。 |
