射極耦合振蕩器

1、EECE 3071L 電子實(shí)驗(yàn)室 2013年春會話2項(xiàng)目3：射極耦合振蕩器目的研究50MHz射極耦合非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器的設(shè)計(jì)與運(yùn)行。背景基本的射極耦合多諧振蕩器是由兩個雙極的結(jié)晶體管和一個時間電容器組成，該電路的一個關(guān)鍵特征是運(yùn)行過程中整流晶體管一直沒有被驅(qū)動到飽和。因此，可以從該電路中獲取高頻振蕩。這種電路模型是高速ECL（射極耦合邏輯）振蕩器例如MC1658中的基礎(chǔ)構(gòu)建模塊，它也可以被用作壓控振蕩器。規(guī)格 電源 24V（單端或者分裂均可） 輸出信號的幅度 2V（峰-峰值） 最大頻率 50MHz 開關(guān)晶體管平均集電極電流Ic 0.3mA說明 1. 識別對稱射極耦合振蕩器電路的瞬態(tài)電流環(huán)，并推導(dǎo)

2、出振蕩頻率的方程式。如圖A，當(dāng)電源Vcc接通時，假定B G1導(dǎo)通，BG2截止。電容器通過下述路徑充電：Vcc+R1BG1的ce結(jié)c左R8Vcc-。充電電流按指數(shù)規(guī)律下降，一方面使R8上的電位減小，BG2的射極電位下降；另一方面有事BG2的基極電位上升，結(jié)果導(dǎo)致BG2的基發(fā)電壓降升高。當(dāng)升高到BG2的基發(fā)導(dǎo)通電壓Vr2時，BG2導(dǎo)通，集電極電位下降，即輸出端B電位下降，通過C和R2、R5的耦合，形成強(qiáng)烈的正反饋，BG1集電極電位很快降至截止電位以下，BG1截止，輸出端A電位升高。這是電容器通過下述路徑放電：Vcc+R2BG2的ce結(jié)c右R5Vcc-。放電電流按指數(shù)規(guī)律下降，使R2、R5上的壓降減

3、小，Vbe1電壓上升。當(dāng)Vbe1電壓達(dá)到BG1的導(dǎo)通電壓Vr1時，BG1導(dǎo)通。由于電容器上電壓的反向偏置作用，使經(jīng)R5流出的發(fā)射極電流的一部分轉(zhuǎn)而成為經(jīng)R8的放電電流。BG1的導(dǎo)通使其的集電極電位降低，BG2基發(fā)極電壓降減小，從而BG2集電極電位上升，發(fā)射極電位下降，通過C與R1、R8的耦合，使BG1進(jìn)一步導(dǎo)通，BG2基發(fā)電壓更加下降，最后截止，完成一個振蕩周期。電容器跟著又進(jìn)行下一個周期的充電，如此周而復(fù)始，振蕩不已。振蕩周期： T=2C(R1+R8)ln振蕩頻率： f=2. 通過計(jì)算原始電路（A或者B）中所有電阻的值，進(jìn)而得出每個開關(guān)BJT（雙極性晶體管）的平均工作電流和幅值為2Vpp為輸

4、出信號。計(jì)算得出：R1=R2=20K，R3=R4= R5=R6= R7=R8=1 K。取Vr1=0.7V，VCE=0.3V、Vco1=1.2V；V=2.18得出：T=4.2C 10 000ln1.043S=1768C 由f=可以得出頻率為50MHz時，電容約為11pF。此時，平均工作電流0.3mA 峰峰值為2V3. 使用MATLAB繪制振蕩的頻率(0.1<f<50MHz)與時間電容器值的關(guān)系函數(shù)，電容器分度值為5pF。關(guān)系函數(shù)曲線如下所示4. 在SPICE上使用從曲線繪圖儀上獲取的晶體管特性曲線來驗(yàn)證你的電路設(shè)計(jì)（將特性曲線與SPICE中制造商所提供模型相對比）。測量三極管特性曲線

5、的仿真電路10KHz時的特性曲線：1MHz時的特性曲線：10MHz時的特性曲線：由波形圖可以看出，低頻率時三極管特性曲線與開發(fā)商所提供的特性曲線一致，頻率大于1MHz時特性曲線逐漸失真。5. 原始電路的構(gòu)建和測試。在離散頻率為0.1、1.0、10和50MHz或者可能的最大頻率情況下，分別記錄一個輸出端和與其相應(yīng)的時間電容器末端相對地的電壓輸出波形。只要Vpp>2.0V輸出波形即為有效。仿真電路結(jié)果：頻率為0.1MHz時C=2000pF頻率為1MHz時C=150pF頻率為2.11MHz時C=30pF：實(shí)測波形：頻率為0.047MHz時C=4700pF：頻率為0.46MHz時C=220pF：頻率為1.03MHz時C=33pF：Matlab做出的 頻率電容關(guān)系曲線：6. 由你的結(jié)果確定振蕩頻率最大的情況下時間電容器的值并檢查測試。時間電容器C=30pF時振蕩頻率達(dá)到最大2.11MHz。7. 重復(fù)設(shè)計(jì)過程（步驟1到3）振蕩器電路（B）的電流源跟隨交叉耦合的版本，并且在SPICE上使用所測量（及規(guī)格表）的數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真。8. 繪出電路B中測量的振蕩頻率與時間電容器值的關(guān)系曲線并求出操作電壓為50MHz是的電壓和電流大小。偏置電阻的值可能需要調(diào)整，但是平均操作電流必須保持在指定的值。9. 構(gòu)建和測試你的最終的50KHz電路并記錄所有輸出和時間電容