互补振荡器

01 互补振荡器

一、前言

昨天晚上在 LTspice 中搭建了这样一个互补晶体管振荡电路，仿真结果出现了令人惊讶的波形。电路出现了间歇振荡。间歇振荡的周期居然具有一定的随机特性。下面通过搭建实际电路进行观察。

▲ 图1 电路图

▲ 图2 电路图

二、电路测试

1、搭建电路

首先搭建最简化的电路图，其中两个三极管的型号，在实际电路中分别使用的是 8050 和 8550。下面看一下仿真的结果。电路起振，输出电阻上的电压波形是一个占空比非常小的脉冲波形。

▲ 图1.2.1 输出电阻上的电压波形

  下面通过仿真结果来求取仿真波形参数。脉冲波形高度不到2V。 通过脉冲前后沿的时间  可以获得脉冲宽度为5.74微秒。仿真结果的频率 可以通过求取其周期来获得。 周期为 0.321毫秒。对应3114Hz。

在面包板上搭建测试电路。电路非常简单，很快就搭建完毕了。

2、测试结果

施加6V工作电压，测量 R1上的电压波形。电路已经起振，输出脉冲波形的占空比非常小。振荡频率大约为2.27kHz。对脉冲宽度进行测量，展开信号波形。可以看到脉冲宽度为 5.68微秒。波形占空比大约为 1.3%。

▲ 图1.2.2 测量振荡波形

  对比电路实际波形可以看到，仿真的脉冲宽度，与实际脉冲宽度相比是差不多的。实际波形电压超过2V，比仿真结果高。仿真波形频率为 3.114kHz，但实际电路输出信号频率为 2.3kHz。

3、增加反馈电阻

下面在电路反馈回路 增加一个电阻。大约在10k欧姆左右。这里通过一个可编程电阻箱进行设置。电阻箱通过USB与电脑相连，可以充电和通信。可是，发现振荡波形抖动的厉害。估计是USB给电阻箱带来了干扰。将USB去掉。可以看到振荡波形变得非常稳定了。

▲ 图1.2.3 增加反馈电阻波形宽度增加了

▲ 图1.2.4 反馈电阻90k欧姆，占空比为50%

  下面看一下反馈电阻的大小对脉冲宽度的影响。这是20k欧姆，对应脉冲宽度约为 116微秒。反馈电阻为10k欧姆，脉冲宽度约为72微秒。反馈电阻为 90k欧姆，对应的脉冲宽度为 160微秒左右。此时脉冲波形有些抖动。对应的波形的占空比约为 50%。如果将反馈电阻增加到 100k欧姆，此时波形震荡变得非常不稳定了。

下面使用一个固定的100k欧姆电阻替代电阻箱，可以看到波形震荡不在抖动。这说明电阻箱会给电路引入干扰。此时电路输出波形脉冲非常宽，而且也不再是方波波形。

▲ 图1.2.5 更换100k固定电阻之后，波形震荡稳定

三、增加基极阻容

下面，在这个电路上 增加R5,C2电容，看是否可以对振荡波形产生随机影响。这是在面包板上搭建的电路。先看一下仿真波形。电路在开始的时候电压逐渐上升，然后开始震荡。最后，可以看到电路出现了抖动情况。实际电路产生的波形看似更加的不稳定。这是电路内部产生的随机现象。

▲ 图1.3.1 电路震荡不稳定

  对比昨天的电路，今天实验中输出电阻为 22欧姆，现在也改回10欧姆，另外对于R2，也修改为 10欧姆。重新对该电路进行仿真， 可以看到波形出现了昨天的随机振荡情况。振荡间断时间是随机的。这取决与电路中的热噪声和干扰噪声的影响。修改面包板上器件参数。果然，振荡波形更加随机了。虽然波形与仿真波形有些区别，但是信号振荡中的随机波动比较明显，振荡脉冲波形也有较大的失真。从这里看到，这种间歇式振荡的间隔相对比较随机。停止采集，展开一下波形。

▲ 图1.3.2 振荡波形更加随机了

  下面将R1的阻值 修改为 1k欧姆。重新进行仿真，可以看到仿真结果和前面是一致的。但是，实际电路的波形则变得非常稳定，输出电压波形降低到 1V左右。

▲ 图1.3.3 震荡稳定了

※ 总  结 ※

本文对于一种互补振荡电路进行了仿真和实验观察。通过对比，可以看到 有的现象，仿真结果与实验结果是一致的。但也有的结果是有很大的差别。