目標(biāo)

本實(shí)驗(yàn)活動(dòng)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(shí)

正弦波振蕩器會(huì)以預(yù)設(shè)的頻率無(wú)限期地產(chǎn)生輸出波形；也就是說(shuō)，它會(huì)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(shí)間內(nèi)開啟，并在之后的時(shí)間保持關(guān)閉狀態(tài)，直到需要時(shí)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(shí)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(huì)使Q1深度導(dǎo)通，電流流經(jīng)L1。因此，振蕩無(wú)法發(fā)生。負(fù)向輸入脈沖（簡(jiǎn)稱“門控”）會(huì)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(shí)（T0到T1和T2到T3期間），電路會(huì)產(chǎn)生輸出。其余時(shí)間（T1到T2）晶體管深度導(dǎo)通，電路無(wú)輸出。輸入門控脈沖的寬度用于控制輸出信號(hào)的持續(xù)時(shí)間。門控脈沖越寬，輸出振蕩或振鈴的時(shí)間越長(zhǎng)。

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(chǎng)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(hào)。發(fā)射極負(fù)載式NPN脈沖振蕩器的第一個(gè)周期是負(fù)周期。集電極負(fù)載式脈沖振蕩器的第一個(gè)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(gè)周期均會(huì)反向。

您可能已經(jīng)注意到，我們的討論中沒有提到反饋。請(qǐng)記住，正反饋是振蕩器維持振蕩的必要條件。針對(duì)脈沖振蕩器，它僅在極短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生振蕩。但請(qǐng)注意，當(dāng)增加輸入門控脈沖（用于關(guān)斷晶體管）的寬度時(shí)，由于缺乏反饋，正弦波的幅度在門控周期快要結(jié)束時(shí)會(huì)開始減小（阻尼）。如果某個(gè)特定應(yīng)用需要較長(zhǎng)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(huì)讓振蕩周期維持所需的時(shí)間。

材料

ADALM2000主動(dòng)學(xué)習(xí)模塊

無(wú)焊試驗(yàn)板

跳線

一個(gè)小信號(hào)NPN晶體管(2N3904)

一個(gè)470 kΩ電阻

一個(gè)100 μH電感

一個(gè)100 pF電容

一個(gè)0.1 μF電容

說(shuō)明

在無(wú)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(shí)間內(nèi)為高電平）。將兩個(gè)示波器輸入均設(shè)置為500 mV/div，并將時(shí)基設(shè)置為2 μs/div。將觸發(fā)信號(hào)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(dòng)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(qǐng)注意，輸出正弦波以地(0 V)為中心，在正負(fù)方向上擺動(dòng)。測(cè)量輸出正弦波的頻率。測(cè)量輸出正弦波脈沖的第一個(gè)和最后一個(gè)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(wèn)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(xué)子專區(qū)論壇上找到問(wèn)題答案。