作者：Antoniu Miclaus，系統(tǒng)應(yīng)用工程師

目標(biāo)

本實(shí)驗(yàn)活動的目標(biāo)是研究振蕩器的特性。振蕩器可產(chǎn)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(yù)設(shè)的頻率無限期地產(chǎn)生輸出波形；也就是說，它會持續(xù)不斷地運(yùn)行。雷達(dá)等設(shè)備中的許多電子電路要求振蕩器在特定時間內(nèi)開啟，并在之后的時間保持關(guān)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(shí)是在特定時間開啟和關(guān)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(dǎo)通，電流流經(jīng)L1。因此，振蕩無法發(fā)生。負(fù)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(jié)束或振鈴消失或停止（以先發(fā)生者為準(zhǔn)）。

圖1.脈沖振蕩器

要了解此電路的工作原理，假設(shè)LC諧振電路的Q值足夠高，能夠防止阻尼。當(dāng)輸入門控脈沖呈負(fù)跳變時（T0到T1和T2到T3期間），電路會產(chǎn)生輸出。其余時間（T1到T2）晶體管深度導(dǎo)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(yīng)用場景。圖1所示為發(fā)射極負(fù)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(fù)載式脈沖振蕩器。發(fā)射極負(fù)載式振蕩器和集電極負(fù)載式振蕩器的區(qū)別在于輸出信號。發(fā)射極負(fù)載式NPN脈沖振蕩器的第一個周期是負(fù)周期。集電極負(fù)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(fù)載式振蕩器和集電極負(fù)載式振蕩器的第一個周期均會反向。

您可能已經(jīng)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(nèi)產(chǎn)生振蕩。但請注意，當(dāng)增加輸入門控脈沖（用于關(guān)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(jié)束時會開始減小（阻尼）。如果某個特定應(yīng)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(wǎng)絡(luò)會讓振蕩周期維持所需的時間。

材料

? ADALM2000主動學(xué)習(xí)模塊

? 無焊試驗(yàn)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(yàn)板上構(gòu)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(fù)檢查接線之后，再打開電源。

圖2.脈沖振蕩器電路

硬件設(shè)置

將AWG1設(shè)置為方波，峰峰值幅度為1.4 V，偏移為零。將頻率設(shè)置為50 kHz，占空比設(shè)置為50%（方波在周期的50%時間內(nèi)為高電平）。將兩個示波器輸入均設(shè)置為500 mV/div，并將時基設(shè)置為2 μs/div。將觸發(fā)信號設(shè)置為通道1的下降沿。試驗(yàn)板連接參見圖3。

圖3.脈沖振蕩器電路試驗(yàn)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(yīng)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(jié)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(fù)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(jié)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(xué)子專區(qū)論壇上找到問題答案。

關(guān)于ADI公司

Analog Devices, Inc. (NASDAQ: ADI)是全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體公司，致力于在現(xiàn)實(shí)世界與數(shù)字世界之間架起橋梁，以實(shí)現(xiàn)智能邊緣領(lǐng)域的突破性創(chuàng)新。ADI提供結(jié)合模擬、數(shù)字和軟件技術(shù)的解決方案，推動數(shù)字化工廠、汽車和數(shù)字醫(yī)療等領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展，應(yīng)對氣候變化挑戰(zhàn)，并建立人與世界萬物的可靠互聯(lián)。ADI公司2024財(cái)年收入超過90億美元，全球員工約2.4萬人。ADI助力創(chuàng)新者不斷超越一切可能。更多信息，請?jiān)L問www.analog.com/cn。

作者簡介

Antoniu Miclaus是ADI公司的軟件工程師，負(fù)責(zé)為Linux和無操作系統(tǒng)驅(qū)動程序開發(fā)嵌入式軟件，同時從事ADI教學(xué)項(xiàng)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(xué)軟件工程碩士學(xué)位，以及克盧日-納波卡技術(shù)大學(xué)電子與電信工程學(xué)士學(xué)位。