Schwingkreisanalyse

Dies ist ein klassisches Beispiel für eine Schaltung, bei der das richtige Neuzeichnen hilft, sie besser zu verstehen (zumindest in meinen Augen). So würde ich den Schaltplan entwerfen, wenn ich es tun würde:

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Es ist genau die gleiche Schaltung. Aber hier sieht man jetzt sehr gut ein paar Dinge, die vorher vielleicht mehr verdeckt waren. Jedes Signal am Eingang von$Q_2$wäre invertiert ($180^\circ$) an seinem Kollektor (der auch die Eingabe für$Q_1$. Der Sammler von$Q_1$kehrt das noch einmal um. Also sind wir wieder bei$0^\circ=360^\circ$beim Kollektor von$Q_1$. Allerdings ist der Emittent von$Q_1$Ist$180^\circ$und dies wird als negative Rückkopplung auf den Eingang von rückgekoppelt$Q_2$über$R_2$. Also ohne$C_1$Ist die Rückkopplung auch vorhanden, wäre die Schaltung mit dem Kollektor stabil$Q_2$etwa zwei$V_{BE}$'s oberirdisch und etwa eins$V_{BE}$über$R_3$. Ich gehe davon aus, dass dies ein Ruhestrom von ca$680\:\mu\textrm{A}$durch$R_1$Und$R_3$und damit etwa$820\:\mu\textrm{A}$durch$R_4$und hinein$Q_2$'s Sammler.

[Verwendung$R_1$Als Quellenimpedanz für Berechnungszwecke nehme ich an, dass die Spannungsverstärkung etwa 3,5 oder etwas mehr beträgt. Mindestens mehr als 1. Es kann schwingen.]

Das ist die Einrichtung. Es ist nicht kompliziert. Es sind nur ein paar NPN-BJTs, ein bescheidenes negatives Feedback und eine Vorspannung von$R_4$Und durch$Q_1$'S$V_{BE}$Kreuzung, durch$R_2$, Und durch$Q_2$'S$V_{BE}$Kreuzung. Ich habe meine Vermutungen über die Ruhespannungen in Blau auf dem Schaltplan platziert, vorausgesetzt, dies$C_1$ist nicht vorhanden, und ich habe kleine rote Pfeile platziert, um meine Kleinsignalrichtungen anzuzeigen. (In der folgenden Diskussion wird nach dem positiven Feedback via hinzugefügt$C_1$Sie sollten die blauen Ruhewerte jedoch vollständig ignorieren. Sie gelten nicht mehr.)

Jetzt$C_1$hinzugefügt wird, um eine positive Rückmeldung zur Eingabe zu geben$Q_2$(und am Anfang auch durch kräftiges Ziehen$Q_2$über$R_1$.) Klar, eine kleine Änderung am Eingang von$Q_2$wird (mit erheblichem Gewinn) beim Sammler repliziert$Q_1$, in Phase. So$C_1$stellt positives Feedback dar und ist weit mehr als genug, um (für eine Weile) das bescheidene negative Feedback, mit dem es besteht, zu überwältigen$R_2$. Tatsächlich ist das der Schlüssel hier$R_2$Das negative Feedback von ist währenddessen konstant$C_1$Das positive Feedback von ist zeitabhängig (früher stärker, später schwächer).

Zu Beginn die Spannung über$C_1$ist null und seit$Q_2$Der Basis-Emitter-Übergang von wird sich wahrscheinlich nicht viel von der Masse entfernen, der größte Teil der massebezogenen Spannungsänderung tritt am Kollektor von auf$Q_1$als$C_1$Gebühren durch$R_1$.$Q_2$wird sehr hart sein und das wird das bedeuten$Q_1$Der Emitter von wird sich kaum über dem Boden befinden und den Strom leicht abziehen$R_2$, aber nichts wie die Stromflutung durch$R_1$über$C_1$. ($Q_1$Der Kollektorstrom von ist während dieser Zeit nahe Null.)

Aber$C_1$lädt auf,$Q_1$Der Kollektor von steigt zur Schiene und der Strom hinein$R_1$nimmt rapide ab. Sehr bald laden sich die verbleibenden Ströme weiter auf$C_1$, so klein sie werden, reichen aus, um mit dem Schieben zu beginnen$Q_2$'s Basis so weit nach unten, dass es seinen Kollektorstrom nicht mehr unterstützen kann$R_4$und die Basis von$Q_1$beginnt zu steigen. Wenn das passiert,$Q_1$beginnt sich einzuschalten und dies zieht seinen Kollektor nach unten.

Diese Abwärtsrichtung zieht dieses Ende ab$C_1$auch nach unten, und das drückt nur umso mehr nach unten$Q_2$'s Basis, drehend$Q_2$noch mehr ausschalten (das ist das positive Feedback.) Auch dies ermöglicht$Q_2$'s Collector noch mehr zu steigen, was dazu führt$Q_1$'s Collector fallen noch mehr.... und so weiter, bis$Q_2$Die Basis von wird buchstäblich leicht unter die Erde getrieben ($C_1$wird ein wenig mehr als haben$2\:\textrm{V}$darüber und es gibt keine Möglichkeit, dass$Q_1$Der Sammler kann unten ungefähr gehen$2\:\textrm{V}$.)

Jetzt die$Q_1$Kollektorseite von$C_1$ist bei$2\:\textrm{V}$und die andere Seite ist etwas unter der Erde.$R_1$ist aktuell (fast$2\:\textrm{mA}$geht fast vollständig durch$Q_1$'s Collector (und nicht in$C_1$.) Aber$Q_1$Der Emitter von ist jetzt in der Nähe$2\:\textrm{V}$und liefert Strom durch$R_2$entladen$C_1$. Als Sammler und Emitter von$Q_1$nahe beieinander liegen, sollte sich diese nahezu entladen$C_1$wenn es lange genug fortgesetzt werden darf.

Das wird aber nicht passieren. Als$C_1$entlädt, nimmt die Spannung ab und diese beginnt sich auf der Basis nach oben zu ziehen$Q_2$. Wenn der Kondensator$C_1$kommt wieder auf etwa$1.4\:\textrm{V}$(erinnern,$Q_1$Der Kollektor ist noch zu etwa heruntergezogen$2\:\textrm{V}$), die Basis von$Q_2$ist zu ungefähr zurückgekehrt$600\:\textrm{mV}$und das bedeutet das$Q_2$beginnt sich einzuschalten. Es kommt immer noch Strom durch$R_2$(der Sender von$Q_1$ist noch nicht weit unterschritten$2\:\textrm{V}$noch) also$C_1$entlädt sich weiterhin mehr und dieser zieht$Q_2$in Richtung auf sein , nach unten ziehen auf der Basis von$Q_1$und die Emitterspannung reduzieren sowie die Kollektorspannung wieder nach oben treiben lassen (ziehen$C_1$wieder nach oben, was noch mehr zur Vorwärts-Basisspannung von hinzufügt$Q_2$.)

Ich würde vermuten, dass im Gleichgewicht die kleinste Spannung über$C_1$sollte ungefähr sein$1.4\:\textrm{V}$und dass seine Spitzenspannung ungefähr sein sollte$2.3\:\textrm{V}$.

In sehr runden Zahlen lädt es über$R_1$, was ungefähr ist$I_1=\frac{3\:\textrm{V}-\frac{2.9\:\textrm{V}+2.0\:\textrm(V)}{2}}{560}\approx 1\:\textrm{mA}$(abzüglich der durchschnittlichen Entlüftung via$R_2$worum es geht$I_2=\frac{600\:\textrm{mV}}{3.5\:\textrm{k}\Omega}\approx 200\:\mu\textrm{A}$.) Und Entladungen über$R_2$, was ungefähr ist$I_3=\frac{2\:\textrm{V}-\frac{2\:\textrm{V}-2.3\:\textrm{V}+600\:\textrm{mV}}{2}}{3.5\:\textrm{k}\Omega}\approx 500\:\mu\textrm{A}$. Also ich schätze mal das Timing wäre ungefähr:

Das Obige berücksichtigt die Tatsache, dass Lade- und Entladeströme nicht linear sind, sondern tatsächlich einer Kurve folgen. Aber es sollte sowieso irgendwo in den richtigen Bereich kommen.

Sie können auch mit dem Arbeitszyklus spielen. Vielleicht ist der einfachste Weg, sich anzupassen$R_2$. Wenn Sie es kleiner machen, wird die Entladezeit verkürzt und die Ladezeit allein gelassen. Wenn Sie es größer machen, wird das Gegenteil bewirkt.

Das tut es nicht. Die Gebühr bleibt gleich.

Wenn C1 anfänglich aufgeladen wird, geschieht dies durch die Basis von Q2, die es eingeschaltet hält, und Q1 aus. Wenn es ausreichend aufgeladen ist, wird Q2 abgefahren.

Wenn das passiert, schaltet sich Q1 ein und zieht mehr Strom durch R1. Dadurch wird die Spannung an R1 um ~ 2 V erhöht und der Kondensator effektiv um diesen Betrag gesenkt.

Das untere Ende des Kondensators wird um den gleichen Betrag nach unten gehebelt, wie in Ihrem blauen Diagramm gezeigt. Dies zwingt Q2 noch mehr heraus und die Kappe beginnt sich zu entladen.

Wenn es genug entlädt, schaltet sich Q2 wieder ein und schaltet Q1 aus. Über R1 wird kein zusätzlicher Strom mehr gezogen, sodass der Hebel nicht mehr gilt.

.... WIEDERHOLEN.

Übrigens: Wenn Sie diese beiden Spuren subtrahieren, sehen Sie einen schönen Sägezahn, dem die Kondensatorspannung tatsächlich folgt.