目标
振荡器有多种形式。在本次实验活动中，我们将探讨Clapp配置，该配置使用抽头电容分压器和串联LC谐振器来提供反馈路径。
背景
Clapp振荡器实际上是Colpitts振荡器的串联调谐版本。Clapp振荡器与Colpitts振荡器非常相似，用电容分压器产生反馈信号。在电感L1串联加入电容C3是两种设计之间的区别，使Clapp振荡器与Colpitts和Hartley配置区分开来。与所有振荡器一样，必须遵循Barkhausen准则，要求总增益为1，从输入到输出的相移为0°。振荡频率可以像计算任何谐振电路一样，通过使用公式1来求得。
忽略基极和集电极之间的晶体管电容效应，谐振频率可以使用公式2给出的总等效电容(CTOT)计算。
图1显示了一个典型的Clapp振荡器。由L1和 CTOT 形成的频率确定的串联谐振调谐电路用作共基极放大器Q1的集电极负载阻抗。大电感L2为集电极电流提供直流路径，同时在谐振频率下呈现高阻抗。这使得放大器仅在谐振频率下具有高增益。这种配置使用共基极放大器。Q1的基极通过电阻分压器R1和R2偏置到适当的直流电平，但通过C4直接连接到交流地。在共基极模式下，集电极输出电压波形和发射极输入信号同相。这可确保从C1和C2之间节点输出信号的一部分，通过调谐的集电极负载反馈到发射极，从而提供所需的正反馈。
C1和C2的组合还与发射极电阻R3形成低频时间常数，以提供与Q1发射极处反馈信号幅度成比例的平均直流电压电平。这为放大器提供了振荡器所需的闭环增益1的自动增益控制。发射极电阻R3未去耦，因为发射极节点用作共基极放大器的输入。基极通过C4连接到交流地，这将在振荡器频率下提供非常低的电抗。
实验前仿真
构建如图1所示的Clapp振荡器仿真原理图。计算偏置电阻R1和R2的值，使得当发射极电阻R3设置为500 Ω时，NPN晶体管Q1的集电极电流约为1 mA。假设电路由10 V电源供电。确保R1和R2的总和（总电阻大于10 kΩ）尽可能高，以使电阻分压器中的静态电流尽可能低。记住，C4在Q1的基极处提供交流地。将基极去耦电容C4和输出交流耦合电容C5设置为0.1 µF。计算L1的值，使得当C1设置为1 nF且C2设置为1 nF时，谐振频率接近750 kHz。使用至少10 mH的高值L3。进行瞬态仿真。保存这些结果，以便与实际电路测量结果进行比较，并将其包含在实验报告中。
材料
- ADALM2000活动学习模块
- 无焊面包板和跳线套件
- 一个2N3904 NPN晶体管
- 一个1 µH电感
- 一个10 µH电感
- 一个100 µH电感
- 一个10 mH电感(L3)
- 一个1 nF电容(C1)
- 一个4.7 nF电容(C2)
- 两个0.1 µF电容（标记为104）
- 一个470 Ω电阻(R3)
- 其他所需的电阻、电容和电感
指导
使用无焊面包板构建如图2所示的Clapp振荡器。从你的零件套件中选择标准值的偏置电阻R1和R2，使得当发射极电阻R3设置为470 Ω时，NPN晶体管Q1的集电极电流约为1 mA。从C1 = 1 nF和C2 = 4.7 nF开始。振荡器的频率可以根据C1、C2、C3和L1的选择值在大约500 kHz到2 MHz之间变化。计算C3的值，并从你的零件套件中选择最接近的值。此振荡器电路可以产生超过10 V p-p的正弦波 输出，频率由L1的选择值决定。
硬件设置
请参见图3的面包板电路图。
方框表示连接ADALM2000模块的任意波形发生器(AWG)、示波器通道和电源的位置。确保在检查完接线后才打开电源。
操作步骤
完成Clapp振荡器的构建后，确保电路正确振荡。打开+5 V和-5 V电源，并将示波器的一个通道连接到输出端。R3的值可能比较关键，可能会产生大的失真波形或间歇性的低输出或无输出。为了找到R3的最佳值，可以使用1 kΩ电位器进行实验，找到能产生最佳波形和可靠幅度的电阻值。
图4显示了一个使用R1 = 10 kΩ、R2 = 1 kΩ、R3 = 100 Ω、L1 = 100 µH、L2 = 10 µH、C1 = 1 nF、C2 = 4.7 nF、C3 = 10 nF的Clapp振荡器波形图。
问题
- Clapp振荡器的主要功能是什么？
- Clapp振荡器是哪种振荡器的变体？
- 在Clapp振荡器中添加了哪个组件使其与Colpitts振荡器区分开来？
- 在什么情况下会优先选择Clapp振荡器而不是Colpitts振荡器？
你可以在学子专区论坛找到答案。
