【導讀】在雷達系統(tǒng)等電子設備中，往往需要一種能夠按需產(chǎn)生正弦波的電路——它不是持續(xù)運行，而是在特定時間窗口內(nèi)短暫開啟，完成任務后立即停止。這種受控的振蕩電路就是脈沖振蕩器（又稱振鈴振蕩器）。與傳統(tǒng)的持續(xù)振蕩器不同，脈沖振蕩器通過門控信號精確控制其工作時段，其核心原理是利用諧振電路在激勵移除后的自由振蕩特性，產(chǎn)生一段逐漸衰減的正弦波輸出。這種“按需振蕩”的特性使它在定時測距、脈沖雷達等需要精確定時信號的場合發(fā)揮著不可替代的作用。
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
在雷達系統(tǒng)等電子設備中，往往需要一種能夠按需產(chǎn)生正弦波的電路——它不是持續(xù)運行，而是在特定時間窗口內(nèi)短暫開啟，完成任務后立即停止。這種受控的振蕩電路就是脈沖振蕩器（又稱振鈴振蕩器）。與傳統(tǒng)的持續(xù)振蕩器不同，脈沖振蕩器通過門控信號精確控制其工作時段，其核心原理是利用諧振電路在激勵移除后的自由振蕩特性，產(chǎn)生一段逐漸衰減的正弦波輸出。這種“按需振蕩”的特性使它在定時測距、脈沖雷達等需要精確定時信號的場合發(fā)揮著不可替代的作用。
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束時會開始減?。ㄗ枘幔?。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。從脈沖開始到結束，幅度下降了多少？
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