射极耦合振荡器

1、EECE 3071L 电子实验室 2013年春会话2项目3：射极耦合振荡器目的研究50MHz射极耦合非稳态多谐振荡器的设计与运行。背景基本的射极耦合多谐振荡器是由两个双极的结晶体管和一个时间电容器组成，该电路的一个关键特征是运行过程中整流晶体管一直没有被驱动到饱和。因此，可以从该电路中获取高频振荡。这种电路模型是高速ECL（射极耦合逻辑）振荡器例如MC1658中的基础构建模块，它也可以被用作压控振荡器。规格 电源 24V（单端或者分裂均可） 输出信号的幅度 2V（峰-峰值） 最大频率 50MHz 开关晶体管平均集电极电流Ic 0.3mA说明 1. 识别对称射极耦合振荡器电路的瞬态电流环，并推导

2、出振荡频率的方程式。如图A，当电源Vcc接通时，假定B G1导通，BG2截止。电容器通过下述路径充电：Vcc+R1BG1的ce结c左R8Vcc-。充电电流按指数规律下降，一方面使R8上的电位减小，BG2的射极电位下降；另一方面有事BG2的基极电位上升，结果导致BG2的基发电压降升高。当升高到BG2的基发导通电压Vr2时，BG2导通，集电极电位下降，即输出端B电位下降，通过C和R2、R5的耦合，形成强烈的正反馈，BG1集电极电位很快降至截止电位以下，BG1截止，输出端A电位升高。这是电容器通过下述路径放电：Vcc+R2BG2的ce结c右R5Vcc-。放电电流按指数规律下降，使R2、R5上的压降减

3、小，Vbe1电压上升。当Vbe1电压达到BG1的导通电压Vr1时，BG1导通。由于电容器上电压的反向偏置作用，使经R5流出的发射极电流的一部分转而成为经R8的放电电流。BG1的导通使其的集电极电位降低，BG2基发极电压降减小，从而BG2集电极电位上升，发射极电位下降，通过C与R1、R8的耦合，使BG1进一步导通，BG2基发电压更加下降，最后截止，完成一个振荡周期。电容器跟着又进行下一个周期的充电，如此周而复始，振荡不已。振荡周期： T=2C(R1+R8)ln振荡频率： f=2. 通过计算原始电路（A或者B）中所有电阻的值，进而得出每个开关BJT（双极性晶体管）的平均工作电流和幅值为2Vpp为输

4、出信号。计算得出：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=可以得出频率为50MHz时，电容约为11pF。此时，平均工作电流0.3mA 峰峰值为2V3. 使用MATLAB绘制振荡的频率(0.1<f<50MHz)与时间电容器值的关系函数，电容器分度值为5pF。关系函数曲线如下所示4. 在SPICE上使用从曲线绘图仪上获取的晶体管特性曲线来验证你的电路设计（将特性曲线与SPICE中制造商所提供模型相对比）。测量三极管特性曲线

5、的仿真电路10KHz时的特性曲线：1MHz时的特性曲线：10MHz时的特性曲线：由波形图可以看出，低频率时三极管特性曲线与开发商所提供的特性曲线一致，频率大于1MHz时特性曲线逐渐失真。5. 原始电路的构建和测试。在离散频率为0.1、1.0、10和50MHz或者可能的最大频率情况下，分别记录一个输出端和与其相应的时间电容器末端相对地的电压输出波形。只要Vpp>2.0V输出波形即为有效。仿真电路结果：频率为0.1MHz时C=2000pF频率为1MHz时C=150pF频率为2.11MHz时C=30pF：实测波形：频率为0.047MHz时C=4700pF：频率为0.46MHz时C=220pF：频率为1.03MHz时C=33pF：Matlab做出的 频率电容关系曲线：6. 由你的结果确定振荡频率最大的情况下时间电容器的值并检查测试。时间电容器C=30pF时振荡频率达到最大2.11MHz。7. 重复设计过程（步骤1到3）振荡器电路（B）的电流源跟随交叉耦合的版本，并且在SPICE上使用所测量（及规格表）的数据进行仿真。8. 绘出电路B中测量的振荡频率与时间电容器值的关系曲线并求出操作电压为50MHz是的电压和电流大小。偏置电阻的值可能需要调整，但是平均操作电流必须保持在指定的值。9. 构建和测试你的最终的50KHz电路并记录所有输出和时间电容