电路设计论坛
直播中

林翔

8年用户 103经验值
擅长:嵌入式技术 接口/总线/驱动
私信 关注
[文章]

晶体管 2N3904 设计 1Hz 振荡电路!

`振荡电路的作用是发生正弦波,正弦波可以用于为TTL电路提供控制信号,因此振荡电路是大家在进行电路设计时必不可少的又一个电路。

这里介绍一种LC振荡电路,其振荡幅度能够带动TTL电路,其振荡频率为1Hz。1Hz的振荡频率,可以配合 耳机喇叭 和 LED发光二极管,让人真正听到、真正看到电路的振荡现象,为电子发烧友们DIY搭建自己的TTL电路有一个好的开始。

振荡电路是模拟电路中最著名的一个电路之一。振荡电路原理参见 高等教育出版社 《模拟电子技术基础》 (童诗白,华成英)。

这篇文章将从 工作电路 开始,逐步设计一个 振荡电路。在每一步设计后都进行制作,并用制作过程中得到的经验进行下一步设计,直至成功设计和制作一个 振荡电路。

1. 共射放大电路(工作电路)

晶体管的工作电路如图。

[电路图]
a.png

晶体管选择三极管 2N3904。基极电阻 Rb 和 集电极电阻 Rc 用以将电压变化转换为电流变化。选择合适的 基极电源 VBB 和 集电极电源 VCC,以及 Rb 和 Rc,以保证 2N3904 工作在放大状态。

晶体管 2N3904 的静态特性(Static Characteristic)如图。

[特性图]
IMG_20171223_182012.png

横轴为 集电极-发射极电压 U_CE,纵轴为 集电极电流 I_C。特性图为一曲线簇。

我们在横轴上取一点 VCC,在纵轴上取一点 VCC/Rc,连一直线截曲线簇为多个点。这样在基极电流 I_B 线性变化的时候,集电极电流 I_C 在一定区间内就也随着 I_B 线性变化 而 线性变化。在这个区间内就称为没有失真。

为了减小饱和失真和截止失真,应当选择较高的电源电压。这里选择 6V 直流电源。关于 电源电路 可以参见[电源电路]一文。

2. 直接耦合共射放大电路

工作电路的 VBB 和 VCC 合二为一,就成为了直接耦合共射放大电路。

[电路图]
b.png

3. 工作点稳定电路

加发射极电阻 Re 形成负反馈抵消温度影响,即工作点稳定电路。

[电路图]
c.png

4. 电容耦合电路

在信号源与放大电路、放大电路与负载间各加一个耦合电容 C1、C2,成为电容耦合电路。同时,要增加一个容量较大的旁路电容 Ce,对交流量进行旁路。

[电路图]
d.png

5. 电容反馈式振荡电路

将 LC振荡电路 两个电容的三个端分别接晶体管的三个极,得到 电容反馈式振荡电路。这个振荡电路用 LC振荡、2N3904放大、电压串联组态反馈。

[电路图]
e.png

振荡频率:

[公式]
3.png

调节 C1、C2 和 L 可以调节振荡频率。这里 1Hz振荡 频率较低,应选择较大的电容和电感:C1、C2 都选择 5mF,L 选择 10mH。

根据振荡电路起振条件

[公式]
1.png

可得起振条件为:

[公式]
2.png

β 为放大倍数、r_be 为基极-发射极内阻、R_L 为负载电阻。用这个公式可以得到 集电极电阻 Rc 的值。这里 Rc 选择 180Ω。

应该提示:电路制作需要耐心调整数值。然而,各个元器件的最佳数值都还是有迹可循的。一般情况下,可以固定多数元器件,每次只调整一个或少数几个元器件数值。因为要一直调整,不宜焊接,可用面包板或田字电路板(参见[田字电路板]一文。)进行。一些技巧值得提及:

1. 用 多用电表。可以在进行元器件调整时,测量电路各个位置的电流、电压变化。首先保证 BE极电压 起振,然后保证 C1 两端电压 起振。

2. 用 LED发光二极管。LED要有一定导通电压,因此应该作为负载接入在 C1 两端与 C1 并联。LED可以显示出电压的连续变化,体现为LED的逐渐变亮、逐渐变暗。可串联10Ω电阻调节平均亮度使亮暗明显。

3. 用 耳机小喇叭。耳机小喇叭串联一个小电阻也作为负载接入在 C1 两端与 C1 并联。可以听到如同心跳一般的“扑通”声。应串联100Ω电阻以防电流过大。

对于幅度较小的振荡,LED不能够显示,这时用喇叭就能够听出振荡发出的小声音。另外,喇叭还可以更容易地听出频率的改变,这一点在 将多用电表换成LED和喇叭负载时、以及 调节旁路电容Ce时 尤其有用,能够听到将电表表笔或Ce一端拿出前后、甚至拿出之后距离逐渐增大或减小情况下的振荡频率变化。这一现象有助于找到振荡频率稳定的元器件数值。

基极电阻 Rb1 和 Rb2,为保证较小的基极电流,应该取较大的电阻。这里分别取 75KΩ 和 200KΩ。

发射极电阻 Re,在一般情况下可以取较小值,如 10Ω。

耦合电容 C3,对于 1Hz振荡,应该选择较大数值,如 220μF,以通过接近直流的交流成份。

旁路电容 Ce,其作用是使交流成份迅速旁路到地,因此同理对于 1Hz振荡,应当选取很大的值。这里用的是 俩个 10mF 大电容 串联 而成的电容。一端接 E极,另一端接地。

6. 1Hz振荡电路!

[电路图]
f.png

加声光负载(喇叭节拍、LED闪烁)!

[实物图](连拍)
IMG_20171223_181324_BURST009.jpg IMG_20171223_181324_BURST008.jpg IMG_20171223_181324_BURST007.jpg IMG_20171223_181324_BURST006.jpg IMG_20171223_181324_BURST005.jpg IMG_20171223_181324_BURST004.jpg IMG_20171223_181324_BURST003.jpg IMG_20171223_181324_BURST002.jpg IMG_20171223_181324_BURST001_COVER.jpg

6V电源电路 与 1Hz振荡电路!

[实物图]

IMG_20171223_181819.jpg


` IMG_20171223_181324_BURST010.jpg

回帖(17)

王栋春

2017-12-25 14:39:26
学习了解一下                                            
举报

林翔

2017-12-27 20:46:01
引用: 王栋春 发表于 2017-12-25 14:39
学习了解一下

欢迎提出宝贵的意见及建议!
举报

王栋春

2017-12-27 22:11:05
引用: elecfans电子发烧友 发表于 2017-12-27 20:46
欢迎提出宝贵的意见及建议!

我对无线技术不了解,还需要向你学习
举报

林翔

2017-12-28 18:52:41
引用: 王栋春 发表于 2017-12-27 22:11
我对无线技术不了解,还需要向你学习

感谢王兄多次到访,我一定知无不言。
举报

谢航

2017-12-31 14:27:55
学习一下
举报

林翔

2017-12-31 14:52:33
引用: elecfans电子发烧友 发表于 2017-12-28 18:52
感谢王兄多次到访,我一定知无不言。

我这篇文章的主题,是为逻辑数字电路做好基础。
举报

林翔

2017-12-31 14:53:00

嗯。                  
举报

elec96325

2018-1-4 12:37:26
封装太大了,有没有办法能实现不需要那么大的电容电感,就输出1hz或者2hz的呢?用在小电路板上的,大封装放不下,贴片的电容电感最好。
举报

林翔

2018-1-5 11:41:28
引用: elec96325 发表于 2018-1-4 12:37
封装太大了,有没有办法能实现不需要那么大的电容电感,就输出1hz或者2hz的呢?用在小电路板上的,大封装放不下,贴片的电容电感最好。

问得好。但是 1Hz频率 需要比较大的 旁路电容Ce,以在 NPN 导通态 迅速通过 接近直流的交流成份,以为下一周期的 C1、C2 充电 做好准备。

然,实际上 电容三点式振荡电路 频率是可以调节的,调 高 频率 的情况下,旁路电容Ce 和 耦合电容C3 就可以而且应当 选择 较小值和封装 的电容。

这需要 逐 渐 调整 全部元件的参数,规律相同。
举报

林翔

2018-1-5 12:42:23
同时也欢迎大家对 电路 的改进踊跃发言提出意见和建议。
举报

林翔

2018-1-12 11:09:58
引用: elec96325 发表于 2018-1-4 12:37
封装太大了,有没有办法能实现不需要那么大的电容电感,就输出1hz或者2hz的呢?用在小电路板上的,大封装放不下,贴片的电容电感最好。

不好意思,让我说简单些吧。
根据 公式1
                1
f = ---------------------
                  C1C2
      2π√(L------------)
                C1+C2
2Hz的话,相比1Hz只需 稍微减小C1,或/与,稍微减小C2,或,稍微减小L。

亦可定量:L减小4倍为2.5mH,取整3mH。或,C1、C2一般相同,这样C1、C2同时减小4倍为1.25mF,取整1mF。
举报

elec96325

2018-1-22 14:51:11
没用过这么大的mf及mH级别的贴片式电容电感,封装应该比较大吧,在便携式智能产品上面可能会受限;我之前搭过一个1HZ的方波振荡电路,是用两颗BJT组成的多谐振荡,用来驱动指示灯。
举报

林翔

2018-1-24 12:12:06
兄台所言的 多谐振荡,有没有 电路图 呢?
吾所描述的 1Hz正弦波,因 LC振荡电路 充放电周期长,自然 分立式 电容电感 大一点。
依兄台所言 1Hz方波,如选 小数值电容电感 充放电,可以产生陡峭的上升、下降沿,但频率恐怕难以达到1Hz时钟周期哦。。
举报

郭世伟

2018-1-24 15:17:46
af
举报

林翔

2018-2-2 01:30:31

?                    
举报

林翔

2018-4-28 19:00:06
新发现:这个电路中的 NPN 换成 PNP,也是可以振荡成功的

首先
1.JPG
然后
2.JPG

另外,负载反不反接应该都可以的,看具体情况。
举报

林翔

2018-4-28 19:04:28
还有:负载并联在 C1 上,之前通过实验得到,现在发现其实可以通过 组态 推导得到:

电压串联组态:

3.JPG

将 第 6 节 完整电路 分成 放大电路A 和 反馈电路F 带入其中,发现 Uo 就是 C1 两端电压。
举报

更多回帖

发帖
×
20
完善资料,
赚取积分