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別。

通常的單管震蕩電路，無論是 RC移項震蕩電路 ，還是LC組成三點震蕩電路，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，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，集電極電位高于發射極，而是發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

如果手邊有些相應的元器件，就可以方便在面包板上構建起實驗電路。由于所使用的晶體管型號與BC547不同，在穩壓電源9V的時候，并沒有看到電路震蕩。當電壓提升到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串聯限流電阻R2上的電壓信號可以相應的振蕩信號。

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

當電源電壓（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，三極管重新恢復截止。電路又開始新的一個循環。

▲ 三極管集電極發射極信號

黃線：發射極（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，在被擊穿之后出現的負阻現象，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系。曲線的斜率是負值，顯示出等效阻值為負數。

▲ 三極管2N2222A C-E之間的電壓與流過電流之間的關系

對于一個負阻器件，可以通過外部并聯一些儲能器件（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之間的負阻建立的正弦振蕩器

對于半導體中出現的負阻現象，最早是由 Leo Easki研究。他后來因為發現了隧道二極管中的量子隧道效應而獲得了1973年的諾貝爾物理獎。

這種利用器件的負阻現象構成的脈沖振蕩器，它的頻率主要由外部儲能器件參數決定。將前面電路中將C1的容值更換成0.1uF，對應的震蕩波形如下，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通狀態，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，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

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

責任編輯：haq