吊打三極管

顯示看到下面這個LED閃爍電路的彩色動圖（GIF）就被它的簡潔電路吸引，它的確與常見到的單管震蕩電路有很大的區(qū)別。

通常的單管震蕩電路，無論是 RC移項(xiàng)震蕩電路 ，還是LC組成三點(diǎn)震蕩電路，或者通過變壓器耦合震蕩電路等方式，都需要三極管能夠有一個基本的放大偏置工作狀態(tài)，然后通過正反饋來形成正弦震蕩，或者多諧震蕩。

然而下面這個基于 BC547-NPN 震蕩演示電路則是太奇怪了！

▲ 動畫振蕩器演示

電路中的有源器件BC547并沒有進(jìn)行正常的偏置，它的基極是懸空的。而且NPN三極管也沒有按照正常電壓配置，集電極電位高于發(fā)射極，而是發(fā)射極的電位高于集電極。

看到這個電路，每個人都會問：這個電路真的能夠震蕩工作嗎？?。?！

▲ 振蕩電路

如果手邊有些相應(yīng)的元器件，就可以方便在面包板上構(gòu)建起實(shí)驗(yàn)電路。由于所使用的晶體管型號與BC547不同，在穩(wěn)壓電源9V的時候，并沒有看到電路震蕩。當(dāng)電壓提升到12V時，可以觀察到電路中LED開始周期閃爍。

使用示波器觀察電路中電解電容C1上的電壓信號，LED串聯(lián)限流電阻R2上的電壓信號可以相應(yīng)的振蕩信號。

▲ 三極管集電極、發(fā)射極信號波形|黃線：發(fā)射極（e）信號|青色：集電極（c）信號

當(dāng)電源電壓（12V）通過R1（2.7kΩ）給C1（100uF）充電超過10V左右時，晶體三極管開始被擊穿。電容電壓便通過擊穿后的三極管、R2、LED開始放電，從而引起C1電壓開始迅速下降。

隨著C1電壓減小，放電電流減少一半的時候，三極管重新恢復(fù)截止。電路又開始新的一個循環(huán)。

▲ 三極管集電極發(fā)射極信號

黃線：發(fā)射極（e）信號

青色：集電極（c）信號

在這個振蕩電路中，并沒有應(yīng)用三極管的放大功能，而是利用了它的C-E引腳之間，在被擊穿之后出現(xiàn)的負(fù)阻現(xiàn)象，也就是隨著流過的電流增加，C-E兩端的電壓反而減小的情況。

在下面表格中，顯示了三極管2N2222A的C-E之間的電壓與電流的關(guān)系。曲線的斜率是負(fù)值，顯示出等效阻值為負(fù)數(shù)。

▲ 三極管2N2222A C-E之間的電壓與流過電流之間的關(guān)系

對于一個負(fù)阻器件，可以通過外部并聯(lián)一些儲能器件（電容、電感）來形成震蕩電路。下圖則是一個簡單的LC正弦震蕩電路。

▲ 利用2N2222A的C-E之間的負(fù)阻建立的正弦振蕩器

對于半導(dǎo)體中出現(xiàn)的負(fù)阻現(xiàn)象，最早是由 Leo Easki研究。他后來因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)了隧道二極管中的量子隧道效應(yīng)而獲得了1973年的諾貝爾物理獎。

這種利用器件的負(fù)阻現(xiàn)象構(gòu)成的脈沖振蕩器，它的頻率主要由外部儲能器件參數(shù)決定。將前面電路中將C1的容值更換成0.1uF，對應(yīng)的震蕩波形如下，震蕩的頻率升高到1.773kHz。

▲ 振蕩電路中的集電極和發(fā)射極的信號

電路的工作電壓需要大于三極管C-E反向擊穿電壓電路才能夠開始震蕩。隨著供電電壓增加，當(dāng)它超過一定電壓之后，流過R1的電流就會使得三極管在擊穿之后始終保持導(dǎo)通狀態(tài)，電路也會停止震蕩。

下面顯示了工作電流從9V變化到19V，使用萬用表測量R1信號的震蕩頻率。可以得到震蕩頻率與工作電壓之間的關(guān)系曲線。

▲ 工作電壓從9.5V到19V的變化過程

可以看出，只有在工作電壓處于10.2V到18.5V之間時，電路才能夠正常震蕩。在這個范圍內(nèi)，震蕩頻率隨著工作電壓的增加而增加。

▲ 不同工作電壓下輸出信號的頻率

為了獲得更強(qiáng)的震蕩信號，可以將多個半導(dǎo)體三極管串聯(lián)起來，組成的震蕩電路可以輸出幅度更大的振蕩信號。

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