作者：Antoniu Miclaus，系統應用工程師

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，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，振蕩無法發生。負向輸入脈沖（簡稱“門控”）會切斷Q1，諧振電路發生振蕩或振鈴，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。發射極負載式振蕩器和集電極負載式振蕩器的區別在于輸出信號。發射極負載式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？

您可以在學子專區論壇上找到問題答案。

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作者簡介

Antoniu Miclaus是ADI公司的軟件工程師，負責為Linux和無操作系統驅動程序開發嵌入式軟件，同時從事ADI教學項目、QA自動化和流程管理工作。他于2017年2月在羅馬尼亞克盧日-納波卡加盟ADI公司。他擁有巴比什-波雅依大學軟件工程碩士學位，以及克盧日-納波卡技術大學電子與電信工程學士學位。