ADALM2000實驗：Peltz振盪器

作者：ADI 系統應用工程師 Antoniu Miclaus


目標

本次實驗目的為研究Peltz振盪器配置的特性。

背景知識

不同於採用單一電晶體的Clapp、Colpitts和Hartley振盪器，Peltz的配置是使用兩個電晶體。請觀察圖1，注意電晶體Q1配置為共基極放大器級。由L1和C1組成的諧振電路提供集電極負載。集電極的輸出饋送到電晶體Q2的基極。Q2配置為射極跟隨器（共集電極）級。當射極跟隨器（Q2發射極）的輸出連接回Q1發射極處的共基極級輸入時，形成振盪所需的正回饋。共基極放大器級的電壓增益在LC諧振電路的並聯諧振頻率處達到最大值，此時其阻抗接近無窮大。射極跟隨器的增益總是略小於1。迴路周圍的組合增益在諧振時將遠大於1，以維持振盪。

Figure 1. Basic Peltz oscillator configuration.
圖1.Peltz振盪器基本配置

LC諧振電路的諧振頻率由公式1得出。

Equation 1.

在此振盪器配置中，LC諧振電路的峰對峰值擺幅很有限。當Q2的基極電壓正向擺動至高於地電位時，Q2的集電極（集電極基極結）將正向偏置。這會將最大正擺幅限制在大約一個二極體正向壓降的範圍內。峰值負擺幅也是此種情況，此時Q1的集電極負向擺動夠大，以使Q1的集電極基極結正向偏置。當BJT電晶體的集電極基極結正向偏置時，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諧振電路的峰對峰值擺幅。如果在Q1和Q2的基極插入串聯電阻，如圖2所示，在LC諧振回路電壓達到極限時，流經電阻的新增電流會降低Q1和Q2的基極電壓。

Figure 2. Increased output swing.
圖2.提高輸出擺幅

實驗前模擬

建構圖1和圖2所示Peltz振盪器的模擬原理圖。計算偏置電阻R1的值，使得電晶體Q1和Q2中的集電極電流均大於200 µA。假設電路採用-5 V電源供電。計算C1和L1的值，使得諧振頻率至少為1 MHz。執行瞬態模擬。LC諧振電路的峰對峰值輸出擺幅應限制在±1個二極體正向壓降(~±0.6 V)以內。計算並模擬R2 = R3時的阻值，使得輸出擺幅提高到至少±1.25 V。保存這些結果以與實際電路的測量結果進行比較，並記錄在實驗報告中。

材料

  • ADALM2000主動學習模組
  • 無焊試驗板
  • 跳線
  • 兩個小訊號NPN電晶體(2N3904)
  • 一個10 kΩ電阻
  • 兩個4.7 kΩ電阻
  • 一個100 µH電感
  • 一個100 pF電容

說明

在無焊試驗板上建構圖3所示的Peltz振盪器電路。方塊表示連接ADALM2000模組示波器通道和電源的位置。務必反覆檢查接線之後，再打開電源。

Figure 3. Peltz oscillator circuit.
圖3.Peltz振盪器電路

硬體設定

將兩個示波器輸入均設定為200 mV/div，並將時間基準設定為1 µs/div。將觸發訊號設定為通道1的升緣。參見圖4所示的試驗板電路。

Figure 4. Peltz oscillator circuit breadboard connections.
圖4.Peltz振盪器電路試驗板連接

程式步驟

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的發射極處觀察到波形。

Figure 5. Peltz oscillator circuit plot.
圖5.Peltz振盪器電路波形圖

問題

  1. Peltz振盪器的主要功能是什麼？
  2. Peltz振盪器是哪種振盪器的變體？
  3. 什麼樣的元件配置會使Peltz振盪器有別於Colpitts和Clapp振盪器？
  4. 什麼情況下，Peltz振盪器會優於Colpitts或Clapp等其他LC振盪器？

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