互補(bǔ)振蕩器

01 互補(bǔ)振蕩器

一、前言

昨天晚上在 LTspice 中搭建了這樣一個(gè)互補(bǔ)晶體管振蕩電路，仿真結(jié)果出現(xiàn)了令人驚訝的波形。電路出現(xiàn)了間歇振蕩。間歇振蕩的周期居然具有一定的隨機(jī)特性。下面通過搭建實(shí)際電路進(jìn)行觀察。

▲ 圖1 電路圖

▲ 圖2 電路圖

二、電路測試

1、搭建電路

首先搭建最簡化的電路圖，其中兩個(gè)三極管的型號(hào)，在實(shí)際電路中分別使用的是 8050 和 8550。下面看一下仿真的結(jié)果。電路起振，輸出電阻上的電壓波形是一個(gè)占空比非常小的脈沖波形。

▲ 圖1.2.1 輸出電阻上的電壓波形

??下面通過仿真結(jié)果來求取仿真波形參數(shù)。脈沖波形高度不到2V。?通過脈沖前后沿的時(shí)間??可以獲得脈沖寬度為5.74微秒。仿真結(jié)果的頻率?可以通過求取其周期來獲得。?周期為 0.321毫秒。對(duì)應(yīng)3114Hz。

在面包板上搭建測試電路。電路非常簡單，很快就搭建完畢了。

2、測試結(jié)果

施加6V工作電壓，測量 R1上的電壓波形。電路已經(jīng)起振，輸出脈沖波形的占空比非常小。振蕩頻率大約為2.27kHz。對(duì)脈沖寬度進(jìn)行測量，展開信號(hào)波形。可以看到脈沖寬度為 5.68微秒。波形占空比大約為 1.3%。

▲ 圖1.2.2 測量振蕩波形

??對(duì)比電路實(shí)際波形可以看到，仿真的脈沖寬度，與實(shí)際脈沖寬度相比是差不多的。實(shí)際波形電壓超過2V，比仿真結(jié)果高。仿真波形頻率為 3.114kHz，但實(shí)際電路輸出信號(hào)頻率為 2.3kHz。

3、增加反饋電阻

下面在電路反饋回路?增加一個(gè)電阻。大約在10k歐姆左右。這里通過一個(gè)可編程電阻箱進(jìn)行設(shè)置。電阻箱通過USB與電腦相連，可以充電和通信?？墒?，發(fā)現(xiàn)振蕩波形抖動(dòng)的厲害。估計(jì)是USB給電阻箱帶來了干擾。將USB去掉。可以看到振蕩波形變得非常穩(wěn)定了。

▲ 圖1.2.3 增加反饋電阻波形寬度增加了

▲ 圖1.2.4 反饋電阻90k歐姆，占空比為50%

??下面看一下反饋電阻的大小對(duì)脈沖寬度的影響。這是20k歐姆，對(duì)應(yīng)脈沖寬度約為 116微秒。反饋電阻為10k歐姆，脈沖寬度約為72微秒。反饋電阻為 90k歐姆，對(duì)應(yīng)的脈沖寬度為 160微秒左右。此時(shí)脈沖波形有些抖動(dòng)。對(duì)應(yīng)的波形的占空比約為 50%。如果將反饋電阻增加到 100k歐姆，此時(shí)波形震蕩變得非常不穩(wěn)定了。

下面使用一個(gè)固定的100k歐姆電阻替代電阻箱，可以看到波形震蕩不在抖動(dòng)。這說明電阻箱會(huì)給電路引入干擾。此時(shí)電路輸出波形脈沖非常寬，而且也不再是方波波形。

▲ 圖1.2.5 更換100k固定電阻之后，波形震蕩穩(wěn)定

三、增加基極阻容

下面，在這個(gè)電路上?增加R5,C2電容，看是否可以對(duì)振蕩波形產(chǎn)生隨機(jī)影響。這是在面包板上搭建的電路。先看一下仿真波形。電路在開始的時(shí)候電壓逐漸上升，然后開始震蕩。最后，可以看到電路出現(xiàn)了抖動(dòng)情況。實(shí)際電路產(chǎn)生的波形看似更加的不穩(wěn)定。這是電路內(nèi)部產(chǎn)生的隨機(jī)現(xiàn)象。

▲ 圖1.3.1 電路震蕩不穩(wěn)定

??對(duì)比昨天的電路，今天實(shí)驗(yàn)中輸出電阻為 22歐姆，現(xiàn)在也改回10歐姆，另外對(duì)于R2，也修改為 10歐姆。重新對(duì)該電路進(jìn)行仿真，?可以看到波形出現(xiàn)了昨天的隨機(jī)振蕩情況。振蕩間斷時(shí)間是隨機(jī)的。這取決與電路中的熱噪聲和干擾噪聲的影響。修改面包板上器件參數(shù)。果然，振蕩波形更加隨機(jī)了。雖然波形與仿真波形有些區(qū)別，但是信號(hào)振蕩中的隨機(jī)波動(dòng)比較明顯，振蕩脈沖波形也有較大的失真。從這里看到，這種間歇式振蕩的間隔相對(duì)比較隨機(jī)。停止采集，展開一下波形。

▲ 圖1.3.2 振蕩波形更加隨機(jī)了

??下面將R1的阻值?修改為 1k歐姆。重新進(jìn)行仿真，可以看到仿真結(jié)果和前面是一致的。但是，實(shí)際電路的波形則變得非常穩(wěn)定，輸出電壓波形降低到 1V左右。

▲ 圖1.3.3 震蕩穩(wěn)定了

※ 總??結(jié) ※

本文對(duì)于一種互補(bǔ)振蕩電路進(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn)觀察。通過對(duì)比，可以看到?有的現(xiàn)象，仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果是一致的。但也有的結(jié)果是有很大的差別。