ADALM2000實驗：Hartley振盪器
ADALM2000實驗：Hartley振盪器
作者：ADI系統應用工程師Antoniu Miclaus
目標
振盪器有多種形式。本次實驗活動將研究Hartley配置，該配置使用具有抽頭的電感分壓器來提供回饋路徑。
背景知識
Hartley振盪器特別擅長在30 kHz至30 MHz的RF範圍內產生失真相當低的正弦波訊號。Hartley配置的標誌性特點是其使用具有抽頭的電感分壓器（圖1中的L1和L2）。振盪頻率可以像任何並聯諧振電路一樣，使用公式1來計算：
其中， L = L1 + L2
圖1為典型的Hartley振盪器。決定頻率的並聯諧振調諧電路由L1、L2和C1組成，用於共基極放大器Q1的集電極負載阻抗。這使得放大器僅在諧振頻率下具有高增益。Hartley振盪器的此種配置使用了共基極放大器。Q1的基極透過電阻分壓器R1和R2偏置到適當的直流位準，但透過C3直接連到交流地。在共基極模式下，集電極處的輸出電壓波形與發射極處的輸入訊號同相。這確保了從L1和L2之間節點的輸出訊號的一部分，透過耦合電容C2從調諧集電極負載回饋到發射極，進而提供所需的正回饋。
C2還與發射極電阻R3共同作用產生一個低頻時間常數，進而提供與Q1發射極處的回饋訊號幅度成比例的平均直流電壓位準。如此就能自動控制放大器的增益，提供振盪器所需的1倍閉迴路增益。因為發射極節點用於共基極放大器的輸入，所以發射極電阻R3未去耦。基極透過C3連接到交流地，在振盪器頻率下其電抗非常低。
實驗前模擬
首先建構圖1所示Hartley振盪器的模擬原理圖。透過計算偏置電阻R1和R2的值，確保當發射極電阻R3設置為1 kΩ時，NPN電晶體Q1中的集電極電流約為1 mA。，並假設電路由10 V電源供電。確保R1和R2之和（總電阻大於10 kΩ）在合理範圍內達到最高值，進而盡可能降低電阻分壓器中的靜態電流。請注意，C3在Q1的基極處提供一個交流地。將基極去耦電容C3和輸出交流耦合電容C4設定為0.1 μF。計算C1的值，確保當L1設定為1 μH、L2設定為10 μH時，諧振頻率接近750 kHz。執行瞬態模擬。保存這些結果，將其與實際電路的測量結果進行比較並將比較結果隨附在實驗報告中。
材料
- ADALM2000 主動學習模組
- 無焊試驗板和跳線套件
- 一個2N3904 NPN電晶體
- 一個1 µH電感
- 一個10 µH電感
- 一個100 µH電感
- 一個1 nF電容（C1可選值如下所列）
- 兩個0.1 µF電容（標記為104）
- 兩個0.01 µF電容（標記為103）
- 一個1 kΩ電阻
- 所需的其他電阻、電容和電感
說明
使用無焊試驗板建構圖2所示的Hartley振盪器。從元件套件中選擇偏置電阻R1和R2的標準值，使得發射極電阻R3設定為1 kΩ時，NPN電晶體Q1中的集電極電流約為1 mA。根據所選擇的L1、L2和C1值，振盪器的頻率可以在大約500 kHz到2 MHz的範圍內變化。從L1 = 10 µH且L2 = 100 µH開始。此振盪器電路可產生超過10 V p-p的正弦波輸出，其頻率近似於由所選C1值設定的頻率。試驗過C1的各種值後，將L1改為1 µH，將L2改為10 µH。
硬體設定
綠色區域表示連接ADALM2000模組AWG、示波器通道和電源的位置。確保在反覆檢查接線之後，再打開電源。參見圖3所示的試驗板電路。
程式步驟
完成Hartley振盪器的建構之後，檢查電路是否正確振盪，先打開+5 V和-5 V兩個電源，並將其中一個示波器通道連接到輸出端。R3的值可能相當關鍵，選擇不當可能會導致電路產生較大且失真的波形，或者產生間歇性低輸出，甚至完全沒有輸出。為了找到更合適的R3值，可以使用1 kΩ電位計取代其進行試驗，以尋找波形更優、幅度更可靠的電阻值。圖4為使用R1 = 10 kΩ、R2 = 1 kΩ、R3 = 100 Ω、C1 = 4.7 nF時的波形示例。
問題
- Hartley振盪器的主要功能是什麼？
- 哪些實際應用正在使用Hartley振盪器？
答案請參考 學子專區部落格。