学子专区论坛- ADALM2000实验：Peltz振荡器

目标

本次实验旨在研究Peltz振荡器配置的特性。

背景知识

不同于采用单个晶体管的Clapp、Colpitts和Hartley振荡器，Peltz配置使用两个晶体管。观察图1，注意晶体管Q1配置为共基极放大器级。由L1和C1组成的谐振电路提供集电极负载。集电极的输出馈送到晶体管Q2的基极。Q2配置为射极跟随器（共集电极）级。当射极跟随器（Q2发射极）的输出连接回Q1发射极处的共基极级输入时，形成振荡所需的正反馈。共基极放大器级的电压增益在LC谐振电路的并联谐振频率处达到最大值，此时其阻抗接近无穷大。射极跟随器的增益总是略小于1。环路周围的组合增益在谐振时将远大于1，以维持振荡。

图1.Peltz振荡器基本配置

LC谐振电路的谐振频率由公式1得出。

在此振荡器配置中，LC谐振电路的峰峰值摆幅很有限。当Q2的基极电压正向摆动至高于地电位时，Q2的集电极（集电极基极结）将正向偏置。这会将最大正摆幅限制在大约一个二极管正向压降的范围内。峰值负摆幅也是这种情况，此时Q1的集电极负向摆动至足够大，以使Q1的集电极基极结正向偏置。当BJT晶体管的集电极基极结正向偏置时，基极电流急剧增大。我们可以利用该增大的基极电流来提高LC谐振电路的峰峰值摆幅。如果在Q1和Q2的基极插入串联电阻，如图2所示，在LC谐振回路电压达到极限时，流经电阻的新增电流会降低Q1和Q2的基极电压。

图2.提高输出摆幅

实验前仿真

构建图1和图2所示Peltz振荡器的仿真原理图。计算偏置电阻R1的值，使得晶体管Q1和Q2中的集电极电流均大于200 µA。假设电路采用-5 V电源供电。计算C1和L1的值，使得谐振频率至少为1 MHz。执行瞬态仿真。LC谐振电路的峰峰值输出摆幅应限制在±1个二极管正向压降(~±0.6 V)以内。计算并模拟R2 = R3时的阻值，使得输出摆幅提高到至少±1.25 V。保存这些结果以与实际电路的测量结果进行比较，并记录在实验报告中。

材料

ADALM2000主动学习模块

无焊试验板

跳线

两个小信号NPN晶体管(2N3904)

一个10 kΩ电阻

两个4.7 kΩ电阻

一个100 µH电感

一个100 pF电容

说明

在无焊试验板上构建图3所示的Peltz振荡器电路。方块表示连接ADALM2000模块示波器通道和电源的位置。务必反复检查接线之后，再打开电源。

图3.Peltz振荡器电路

硬件设置

将两个示波器输入均设置为200 mV/div，并将时基设置为1 µs/div。将触发信号设置为通道1的上升沿。参见图4所示的试验板电路。

图4.Peltz振荡器电路试验板连接

程序步骤

接通-5 V电源。观察示波器通道1上LC谐振电路的输出波形。也可以使用示波器通道2在Q1和Q2的发射极处观察到波形。

图5.Peltz振荡器电路波形图

问题

Peltz振荡器的主要功能是什么？

Peltz振荡器是哪种振荡器的变体？

什么元件配置使Peltz振荡器有别于Colpitts和Clapp振荡器？

什么情况下Peltz振荡器优于Colpitts或Clapp等其他LC振荡器？

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