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

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(kāi)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(kāi)啟。此類(lèi)電路被稱(chēng)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(kāi)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(chēng)“門(mén)控”）會(huì)切斷Q1，諧振電路發(fā)生振蕩或振鈴，直到門(mén)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(mén)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(mén)控脈沖的寬度用于控制輸出信號(hào)的持續(xù)時(shí)間。門(mén)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(lèi)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(chēng)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(méi)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(mén)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(mén)控周期快要結(jié)束時(shí)會(huì)開(kāi)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(xiàn)

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(xiàn)之后，再打開(kāi)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(jiàn)圖3。

圖3.脈沖振蕩器電路試驗(yàn)板連接

程序步驟

打開(kāi)+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(kāi)始，到上升沿結(jié)束。參見(jiàn)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(kāi)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(jiàn)用途？

您可以在學(xué)子專(zhuān)區(qū)論壇上找到問(wèn)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(dòng)數(shù)字化工廠、汽車(chē)和數(shù)字醫(yī)療等領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展，應(yīng)對(duì)氣候變化挑戰(zhàn)，并建立人與世界萬(wàn)物的可靠互聯(lián)。ADI公司2024財(cái)年收入超過(guò)90億美元，全球員工約2.4萬(wàn)人。ADI助力創(chuàng)新者不斷超越一切可能。更多信息，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)www.analog.com/cn。

作者簡(jiǎn)介

Antoniu Miclaus是ADI公司的軟件工程師，負(fù)責(zé)為L(zhǎng)inux和無(wú)操作系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)嵌入式軟件，同時(shí)從事ADI教學(xué)項(xiàng)目、QA自動(dòng)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。