目標

本實驗活動的目標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設的頻率無限期地產(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(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深度導通，電流流經(jīng)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(jié)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(chǎn)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(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(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(nèi)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(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

什么是脈沖振蕩器？

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。