目標(biāo)

本次實(shí)驗(yàn)旨在研究Peltz振蕩器配置的特性。

背景知識(shí)

不同于采用單個(gè)晶體管的Clapp、Colpitts和Hartley振蕩器，Peltz配置使用兩個(gè)晶體管。觀察圖1，注意晶體管Q1配置為共基極放大器級(jí)。由L1和C1組成的諧振電路提供集電極負(fù)載。集電極的輸出饋送到晶體管Q2的基極。Q2配置為射極跟隨器（共集電極）級(jí)。當(dāng)射極跟隨器（Q2發(fā)射極）的輸出連接回Q1發(fā)射極處的共基極級(jí)輸入時(shí)，形成振蕩所需的正反饋。共基極放大器級(jí)的電壓增益在LC諧振電路的并聯(lián)諧振頻率處達(dá)到最大值，此時(shí)其阻抗接近無窮大。射極跟隨器的增益總是略小于1。環(huán)路周圍的組合增益在諧振時(shí)將遠(yuǎn)大于1，以維持振蕩。

圖1.Peltz振蕩器基本配置

LC諧振電路的諧振頻率由公式1得出。

在此振蕩器配置中，LC諧振電路的峰峰值擺幅很有限。當(dāng)Q2的基極電壓正向擺動(dòng)至高于地電位時(shí)，Q2的集電極（集電極基極結(jié)）將正向偏置。這會(huì)將最大正擺幅限制在大約一個(gè)二極管正向壓降的范圍內(nèi)。峰值負(fù)擺幅也是這種情況，此時(shí)Q1的集電極負(fù)向擺動(dòng)至足夠大，以使Q1的集電極基極結(jié)正向偏置。當(dāng)BJT晶體管的集電極基極結(jié)正向偏置時(shí)，基極電流急劇增大。我們可以利用該增大的基極電流來提高LC諧振電路的峰峰值擺幅。如果在Q1和Q2的基極插入串聯(lián)電阻，如圖2所示，在LC諧振回路電壓達(dá)到極限時(shí)，流經(jīng)電阻的新增電流會(huì)降低Q1和Q2的基極電壓。

圖2.提高輸出擺幅

實(shí)驗(yàn)前仿真

構(gòu)建圖1和圖2所示Peltz振蕩器的仿真原理圖。計(jì)算偏置電阻R1的值，使得晶體管Q1和Q2中的集電極電流均大于200 μA。假設(shè)電路采用-5 V電源供電。計(jì)算C1和L1的值，使得諧振頻率至少為1 MHz。執(zhí)行瞬態(tài)仿真。LC諧振電路的峰峰值輸出擺幅應(yīng)限制在±1個(gè)二極管正向壓降(~±0.6 V)以內(nèi)。計(jì)算并模擬R2 = R3時(shí)的阻值，使得輸出擺幅提高到至少±1.25 V。保存這些結(jié)果以與實(shí)際電路的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較，并記錄在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中。

材料

ADALM2000主動(dòng)學(xué)習(xí)模塊

無焊試驗(yàn)板

跳線

兩個(gè)小信號(hào)NPN晶體管(2N3904)

一個(gè)10 kΩ電阻

兩個(gè)4.7 kΩ電阻

一個(gè)100 μH電感

一個(gè)100 pF電容

說明

在無焊試驗(yàn)板上構(gòu)建圖3所示的Peltz振蕩器電路。方塊表示連接ADALM2000模塊示波器通道和電源的位置。務(wù)必反復(fù)檢查接線之后，再打開電源。

圖3.Peltz振蕩器電路

硬件設(shè)置

將兩個(gè)示波器輸入均設(shè)置為200 mV/div，并將時(shí)基設(shè)置為1 μs/div。將觸發(fā)信號(hào)設(shè)置為通道1的上升沿。參見圖4所示的試驗(yàn)板電路。

圖4.Peltz振蕩器電路試驗(yàn)板連接

程序步驟

接通-5 V電源。觀察示波器通道1上LC諧振電路的輸出波形。也可以使用示波器通道2在Q1和Q2的發(fā)射極處觀察到波形。

圖5.Peltz振蕩器電路波形圖

問題

Peltz振蕩器的主要功能是什么？

Peltz振蕩器是哪種振蕩器的變體？

什么元件配置使Peltz振蕩器有別于Colpitts和Clapp振蕩器？

什么情況下Peltz振蕩器優(yōu)于Colpitts或Clapp等其他LC振蕩器？

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