实测三级环形振荡电路信号
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。
▲ 图1.1 测试电路图
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。
▲ 图1.1.1 振荡电路中的电压波形
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。
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