环形振荡电路低频工作原理

01 振荡信号

  这两天对于这个震荡电路非常感兴趣，对它进行了实验测试。它的工作机理与传统电路不太一样。所以下面对于这个电路再测量一下相关的电压波形。对自己所理解它的工作原理进行确认。

一、电路波形

  这个电路虽然看起来是三个NPN型的三极管放大电路相互耦合，形成一个环路。但所有的三极管的基极偏置电阻仅仅只有 10k 欧姆，这对于电流放大倍数在300左右的晶体管来说，会使的该三极管处于深度饱和状态。此时，从基极耦合进来的电压信号波动，在其集电极反向输出的时候，幅值变得很小了。

  我们假设中间 T2 晶体管的在一开始的时候截止了。随着 R3对 C1 充电，T2 逐渐退出截止，进入放大和饱和状态。在T2 的集电极出现低电平。这个降低的信号经过 C2 耦合之后，使得T3截止。

  下面特殊的情况来了。T3 截止之后，集电极上升的电压信号，经过C3的耦合施加在 T1的基极，正如前面所说，T1 由于处在深度饱和状态，所以它的集电极电压几乎没有改变。这样就形成了一个隔离状态。前面的T2就维持在饱和状态。随着 C2 充电，使得 T3 的基极电压上升，进而进入饱和状态。这个信号反过来，通过 C3耦合到 T1 ，使其进入截止状态。电路于是切换到下一个状态。因为饱和的三极管，三极三级三极管之间的影响只能发生在前后两级，从而将整个三级环路构成的负反馈不再存在。由此形成了轮流截止的震荡情况。

  下面通过示波器观察T1的集电极和基极电压信号，同时观察T2,T3的集电极电压信号。上面两条曲线分别是T1 的集电极和基极信号，下面两个信号分别是 T2,T3 的集电极电压信号。当 T1 的基极信号在前级，也就是T3变化成饱和之后，通过 C3耦合将其拉成负的电压信号，T1 便进入截止状态，集电极电压信号升高，在这个过程中，集电极电阻给C1充电，使得集电极电压缓慢上升。

        随着T1基级电阻给 C3充电，当超过0.7V时，T1 便退出截止状态，进入饱和状态。此时，通过耦合电容C2 使得T2 进入截止状态。请注意，T2集电极上升，经过电容耦合到 T3的基极，但也只是引起T3集电极电压非常小的下降。本来这个时候 T3已经饱和了，所以这个下降非常微弱。可以看到对于 T1基极电压信号的反向影响也很小，所以 T1便顺利进入饱和状态，T2 开始截至了。这个就是整个振荡的一个周期。这个过程反复进行，三个LED便依次进入截止状态了。

  在三极管上并联一个发光二极管， 这样当三极管截止时，可以看到对应的发光二极管点亮。于是，可以看到点亮的三极管在顺次移动。形成流水灯的效果。这种情况可以扩展到任意数量的三极管，但似乎需要有一个启动过程。

二、多级的尴尬

  似乎有了上面的分析， 这个电路很容易拓展到多级流水工作模式。但现实中，电路工作模式中，还无法实现单个发光二极管流水振荡。

  比如，当电路中的三极管个数为 四、六、八这种偶数个时，电路更容易产生奇偶振荡。也就是所有奇数位置的LED 与 偶数位置的LED分成两组，交替导通。当电路三极管个数为 五、七 这种奇数个时，则电路工作模式会出现两种，一种就是高频振荡，一种就是多个 LED 同时导通，比如当个数是五个的时候，这种看起来都点亮的情况，实际上是在高频振荡。这种是低频振荡，但同一时刻有两个LED点亮。

  这种多级尴尬来自于电路级联过程中的蝴蝶效应。也就是前级出现一点点的干扰信号，在后级还是会出现被叠加和放大之后的噪声，这就使得电路中各级始终会产生比较大的干扰。将所有晶体管集电极电阻修改成 430 欧姆，现象依旧。

※ 总  结 ※

  本文对于环形振荡电路的原理进行分析，当级数增加超过 三级的时候，电路就会出现不稳定现象。