學(xué)子專區(qū)論壇-ADALM2000實驗：Hartley振蕩器

目標

振蕩器有多種形式。本次實驗活動將研究Hartley配置，該配置使用帶抽頭的電感分壓器來提供反饋路徑。

背景知識

Hartley振蕩器特別擅長在30 kHz至30 MHz的RF范圍內(nèi)產(chǎn)生失真相當?shù)偷恼也ㄐ盘枴?a class="contentlabel" href="http://www.104case.com/news/listbylabel/label/Hartley">Hartley配置的標志性特點是其使用帶抽頭的電感分壓器（圖1中的L1和L2）。振蕩頻率可以像任何并聯(lián)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振蕩器。決定頻率的并聯(lián)諧振調(diào)諧電路由L1、L2和C1組成，用作共基極放大器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振蕩器的這種配置使用了共基極放大器。Q1的基極通過電阻分壓器R1和R2偏置到適當?shù)闹绷麟娖剑ㄟ^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(fā)射極處的輸入信號同相。這確保了從L1和L2之間節(jié)點的輸出信號的一部分，通過耦合電容C2從調(diào)諧集電極負載反饋到發(fā)射極，從而提供所需的正反饋。

圖1 基礎(chǔ)的Hartley振蕩器

C2還與發(fā)射極電阻R3共同作用產(chǎn)生一個低頻時間常數(shù)，從而提供與Q1發(fā)射極處的反饋信號幅度成比例的平均直流電壓電平。這樣就能自動控制放大器的增益，提供振蕩器所需的1倍閉環(huán)增益。因為發(fā)射極節(jié)點用作共基極放大器的輸入，所以發(fā)射極電阻R3未去耦。基極通過C3連接到交流地，在振蕩器頻率下其電抗非常低。

實驗前仿真

構(gòu)建圖1所示Hartley振蕩器的仿真原理圖。計算偏置電阻R1和R2的值，確保當發(fā)射極電阻R3設(shè)置為1 kΩ時，NPN晶體管Q1中的集電極電流約為1 mA。假設(shè)電路由10 V電源供電。確保R1和R2之和（總電阻大于10 kΩ）在合理范圍內(nèi)達到最高值，從而盡可能降低電阻分壓器中的靜態(tài)電流。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(shè)置為0.1 μF。計算C1的值，確保當L1設(shè)置為1 μH、L2設(shè)置為10 μH時，諧振頻率接近750 kHz。執(zhí)行瞬態(tài)仿真。保存這些結(jié)果，將它們與實際電路的測量結(jié)果進行比較并將比較結(jié)果隨附在實驗報告中。

材料

●   ADALM2000主動學(xué)習(xí)模塊

●   無焊試驗板和跳線套件

●   一個2N3904 NPN晶體管

●   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

使用無焊試驗板構(gòu)建圖2所示的Hartley振蕩器。從器件套件中選擇偏置電阻R1和R2的標準值，使得發(fā)射極電阻R3設(shè)置為1 kΩ時，NPN晶體管Q1中的集電極電流約為1 mA。根據(jù)所選擇的L1、L2和C1值，振蕩器的頻率可以在大約500 kHz到2 MHz的范圍內(nèi)變化。從L1 = 10 μH且L2 = 100 μH開始。此振蕩器電路可產(chǎn)生超過10 V p-p的正弦波輸出，其頻率近似于由所選C1值設(shè)定的頻率。試驗過C1的各種值后，將L1改為1 μH，將L2改為10 μH。

圖2 Hartley振蕩器

硬件設(shè)置

綠色區(qū)域表示連接ADALM2000模塊AWG、示波器通道和電源的位置。確保在反復(fù)檢查接線之后，再打開電源。參見圖3所示的試驗板電路。

程序步驟

完成Hartley振蕩器的構(gòu)建之后，檢查電路是否正確振蕩，先打開+5V和-5 V兩個電源，并將其中一個示波器通道連接到輸出端。R3的值可能相當關(guān)鍵，選擇不當可能會導(dǎo)致電路產(chǎn)生較大且失真的波形，或者產(chǎn)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，可以用1 kΩ電位計代替它進行試驗，以尋找波形更優(yōu)、幅度更可靠的電阻值。圖4為使用R₁= 10kΩ、R₂=1kΩ、R₃=100Ω、C1=4.7nF時的波形示例。

圖3 Hartley振蕩器試驗板電路

問題

1.Hartley振蕩器的主要功能是什么？

2.哪些實際應(yīng)用正在使用Hartley振蕩器？

圖4 Hartley振蕩器圖

作者簡介

Antoniu Miclaus是ADI公司的軟件工程師，負責(zé)為Linux和無操作系統(tǒng)驅(qū)動程序開發(fā)嵌入式軟件，同時從事ADI教學(xué)項目、QA自動化和流程管理工作。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。