如圖1所示為2隻互補管8050與8550及少量阻容元件組成的雙管自激振蕩器電路。該電路看似簡單,但分析起來頗費周折;元件雖少,效果不錯,發出的聲音卻很吵。
接通電源,R2給Q1提供基極電流,Q1開始導通,如圖2所示。
一旦Q1導通,其集電極立刻輸出電流,驅動Q2也導通,如圖3所示。
一旦Q2導通,Q1基極就增加了一條經C1 、R1、VR1和Q2到GND的通路(阻抗比100k低得多)加速Q1導通,如圖4所示。
R1本來可以不用,但考慮到VR1調節時有可能調到0,此時,若無R1存在,電容C1充、放電速度過快,可能會導致電路不能正常工作。
這時,Q1輸出更大電流驅動Q2飽和導通、驅動揚聲器,如圖5所示。
可見,Q1、Q2互為對方提供基極驅動電流,正反饋加速彼此導通。
隨後,C1兩端電壓上升、充電電流減小,Q2集電極電壓升高、脫離飽和狀態。Q2基極電位被抬高、集電極輸出電流減小,趨於截止。相應地,Q1基極電流減小,集電極電壓進一步上升,也趨於截止……正反饋加速Q1、Q2截止進程。
某一時刻,C1被施加反向電壓開始放電,如圖6所示。因為C1充電電壓極性為左正右負,故當Q2截止時電源與C1順向串聯,放電電阻為R1、 R2和VR1串聯。由於R2遠遠大於R1與VR1之和,所以C1開始放電時R2的電壓高,即Q1基極電位高,甚至於高過電源電壓(參見下文的波形圖)。
隨著C1放電的持續進行、端電壓下降,放電減小,在R2上的電壓降低,Q1從截止狀態逐漸轉為導通,於是,電路又開始新一輪的循環進程……
以上描述比較粗線條,下面結合關節點的工作波形,仔細分析兩管的動態工作過程。
在分析之前,先簡單介紹D1與R3的作用。D1並聯於揚聲器兩端,R3並聯於Q2發射結。
Q2導通時,D1反偏截止;Q2關斷瞬間,揚聲器產生極性為「上負下正」自感反電動勢,D1正偏導通,洩放LS1線圈中殘餘的電磁能量,防止Q2被高壓擊穿。
R3並聯於Q2發射結,其作用是這樣的:Q1截止時集電極呈高阻態,即Q2基極呈高阻態。增加R3,使其可靠接地,防止雜散幹擾。
下面進行測試。首先,精確調整電源電壓+VCC=5V,因為電源電壓對于振蕩頻率影響很大。
如圖7所示為Q1的基極與集電極波形。
黃色波形(CH1)絕大多數時間在電源電壓之上(參考圖8),在負脈衝(電壓並不是負值,只比電源電壓約低0.7V,即Q1發射結壓降)期間,藍色波形(CH2)輸出正脈衝。由於Q1工作於開關狀態,所以脈衝幅度可達1.2V——這與我們通常認為電晶體導通時,發射結約為0.6-0.7V有較大差別。
如圖9所示為Q2的基極與集電極波形。
從圖9可以清楚地看出,Q2基極與集電極波形呈反相關係。
CH1負脈衝表示Q2導通,電源給揚聲器供電。因為負脈衝窄,持續時間短,表明電源給揚聲器供電時間短。
由於揚聲器直流阻抗比較小,一般只有4Ω或8Ω,故Q2導通期間通過的電流比較大,可達1A以上。因此,這時電晶體c-e間電壓Uce就不再是約為0.2V了——從圖9的CH1負脈衝底部,離參考0電位有一定高度就可以看出來,這個值可能在0.4V以上。
調節VR2,改變C1充電時間(也能改變放電時間,但由於VR1<<R2,所以,對放電時間的影響較小),就可以改變Q2開關頻率,發出的聲音頻率隨之改變。
如果能周期性地在C1兩端並聯/斷開容量為223的電容,聲音將周期地在兩個固定頻率之間切換,我們將聽到類似120救護車的報警聲,當然這要仰賴於細緻調節VR1才行,實在不行,將VR1改為20kΩ。
需要說明一下,由於Q2導通時通過電流較大,工作一段時間發燙,所以,真正希望做成一個實用的電路,可以考慮把Q2改為耗散功率為3W的中功率管TIP41。
該電路的對偶電路如圖10所示。
接通電源,R2給Q2提供基極電流,Q2開始導通。一旦Q2導通,其集電極立刻輸入電流,驅動Q1也導通。
一旦Q1導通,Q2基極就增加了一條VCC經Q1、VR1 、R1和C1的通路(阻抗比100k低得多)加速Q2導通。
這時,Q2輸出更大電流驅動Q1飽和導通、驅動揚聲器。可見,Q1、Q2互為對方提供基極驅動電流,正反饋加速彼此導通。Q1、Q2截止過程類似圖1,請讀者自行分析。
本電路中Q1工作於開關狀態,Q2工作於放大和截止狀態。
如圖11所示為Q2的基極與集電極波形。
黃色波形(CH1)絕大多數時間在0V之下,在正脈衝期間,藍色波形(CH2)輸出負脈衝(電壓並不是負值)。由於Q2工作於開關狀態,所以負脈衝幅度可達1.2V(從+5V下降到3.8V)。
如圖12所示為Q1的基極與集電極波形。
從圖12可以清楚地看出,Q1基極與集電極波形呈反相關係。
CH1正脈衝表示Q1導通,電源給揚聲器供電。因為正脈衝窄,持續時間短,表明電源給揚聲器供電時間短。調節VR2,改變C1充電時間,就可以改變Q1開關頻率,發出的聲音頻率隨之改變。
隨後,我將上傳這兩個電路的測試視頻,期待您的關注,謝謝!
2020-4-27於中山