評(píng)元增民《模擬電子技術(shù)》系列02(zt)

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石英晶體振蕩電路
　　元增民教授說(shuō)：“石英晶體接在同相放大器輸入與輸出端之間，或接在反相放大器輸入與輸出端之間，都能形成正反饋構(gòu)成振蕩電路。但要注意，同樣一個(gè)石英晶體與反相放大器配用時(shí)的振蕩頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于與同相放大器配用時(shí)的振蕩頻率，前者約是后者的100倍”(元增民書，p.293)。下面是元增民書截圖。

　　圖05  頻率百倍
　　我很懷疑，“同樣一個(gè)石英晶體”在不同的振蕩電路中頻率相差達(dá)百倍，這還是石英晶體穩(wěn)頻嗎？

　　圖06  石英晶體的等效電路

　　圖07  石英晶體電抗特性
　　上面“石英晶體的等效電路”一圖，元增民書中也有(圖9.4.1)，但元增民書中沒(méi)有上面的“石英晶體電抗特性”一圖。此圖中曲線完全可以根據(jù)前一圖等效電路計(jì)算出來(lái)，在幾乎任何一本講到石英晶體的模擬電路教材中都可以找到。注意此圖僅是定性地描述，不是準(zhǔn)確的定量曲線。事實(shí)上，fp和fs相差僅千分之一量級(jí)，定量是看不出來(lái)的，將重合幾乎成一條線。
　　“石英晶體電抗特性”曲線圖中可以清楚地看到，在兩個(gè)頻率上石英晶體顯現(xiàn)電阻性，一個(gè)是頻率fs，稱為串聯(lián)諧振頻率，另一個(gè)是頻率fp，稱為并聯(lián)諧振頻率。兩個(gè)頻率相差很小，據(jù)元增民書中計(jì)算，為千分之一左右。在兩個(gè)諧振頻率之間，石英晶體呈電感性，低于頻率fs或者高于頻率fp，石英晶體呈電容性。從石英晶體電抗特性曲線中可以看出，頻率為fs或者fp的百分之一時(shí)，容抗很大，即石英晶體在此較低頻率下相當(dāng)于一個(gè)不大的電容。
　　用石英晶體構(gòu)成振蕩器，石英晶體一般是作為一個(gè)電感參與電路工作，而不能作為一個(gè)電容參與電路工作。換句話說(shuō)，石英晶體一般是工作于上圖中曲線位于橫軸以上那部分，通常不能工作于橫軸以下部分。關(guān)于這一點(diǎn)，謝沅清老師說(shuō)得很清楚：
　　“……石英晶體振蕩器實(shí)質(zhì)上是用石英晶體作為一個(gè)電抗元件，在三點(diǎn)式振蕩電路中，取代電感元件，也就是令石英晶體工作于感性區(qū)。這是在用石英晶體構(gòu)成振蕩電路時(shí)的一個(gè)重要原則。因?yàn)橹挥羞@樣，才能保證振蕩是由石英晶體所控制。如果用石英晶體取代電容，則即使石英晶體停止振動(dòng)，其支架電容呈現(xiàn)的容抗，可以使電路依然滿足自激振蕩所需的相位條件，只是振蕩頻率改變。這樣我們就很難保證振蕩是由石英晶體所控制。而當(dāng)石英晶體工作于感性區(qū)時(shí)，一旦石英晶體停止振動(dòng)，則其電顯現(xiàn)的電抗立即改變符號(hào)。使電路不滿足自激所需相位條件而停振。而只要電路中有振蕩，必然是石英晶體在工作。
　　石英晶體工作于感性區(qū)時(shí)，由于石英晶體的高Q特性，該區(qū)域的頻率范圍很窄，電抗隨頻率變化的速度很大，諧振回路的其它元件稍有變化而引起頻率變化時(shí)，石英晶體的等效電抗立即產(chǎn)生很大的變化與之抵消，使振蕩頻率不致有很大的變化。而石英晶體本身參數(shù)的穩(wěn)定性是很高的，這也就是石英晶體穩(wěn)頻的物理解釋�！�(《電子電路基礎(chǔ)》謝沅清 解月珍 人民郵電出版社 1999 p.413)
　　我毫不懷疑元增民曾經(jīng)用同相放大器和石英晶體搭建過(guò)振蕩器，也毫不懷疑元增民的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：振蕩頻率與反相放大器和同一塊石英晶體搭的振蕩電路相差達(dá)百倍。
　　為解釋這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，需要仔細(xì)看看下面的電路。

　　圖08  兩級(jí)放大電路
　　上圖中，除去虛線部分，就是一個(gè)兩級(jí)基本放大電路構(gòu)成的同相放大器，元件數(shù)值合理的話，增益很高。如果在放大器輸出端和輸入端之間如虛線所示接入一支電容CX，該同相放大器將產(chǎn)生強(qiáng)烈振蕩，輸出波形為矩形波。
　　實(shí)際上，把電路稍微改畫一下管子T1的左右方向，就是下面圖中電路。下面圖中CY為上面圖中C1、C3和CX串聯(lián)的等效電容，其它元件標(biāo)號(hào)和前面圖中完全相同。
　　此圖在幾乎任何一本模擬電路教材中都可以找到(但元增民教授書中沒(méi)有)，典型的多諧振蕩器電路。其振蕩周期由RC電路充放電時(shí)間決定。
　　把前圖中CX換成石英晶體，晶體引線和支架的分布電容就構(gòu)成了CX。只要晶體引線和支架的分布電容夠大，兩級(jí)放大增益夠高，該電路就會(huì)振蕩，即使石英晶體損壞(例如晶體破裂)也能產(chǎn)生振蕩。

　　圖09  多諧振蕩器
　　但這不是石英晶體振蕩器，而是多諧振蕩器，或者叫弛張振蕩器。其振蕩頻率不由石英晶體決定，而是由電路中RC充放電時(shí)間決定。
　　所以，可憐元增民教授忙了半天，用石英晶體搭出來(lái)的同相放大振蕩器卻不是石英晶體振蕩器，而是弛張振蕩器。之所以兩種放大器構(gòu)成的振蕩器頻率相差百倍，就是因?yàn)橥�相放大器和石英晶體構(gòu)成的振蕩器并沒(méi)有工作在石英晶體的頻率上。雖然也產(chǎn)生了振蕩，振蕩周期卻是由電路中RC數(shù)值和電源電壓(電源電壓也影響充放電時(shí)間)決定的，石英晶體在此只不過(guò)起到了一個(gè)電容的作用�？磥�(lái)元增民教授根本沒(méi)有認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)。
　　有些奇怪的是：元增民做了實(shí)驗(yàn)，結(jié)果與晶體的標(biāo)稱頻率相差達(dá)百倍，居然不認(rèn)為自己的實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)了錯(cuò)誤，還作為一條經(jīng)驗(yàn)要讀者“但要注意”。過(guò)于相信自己的“實(shí)踐”了吧？
　　元增民書中說(shuō)：“很多人對(duì)同一個(gè)問(wèn)題冥思苦想，甚至夜不能寐，但就是不得要領(lǐng)，這是不要總懷疑自己，而要大膽地懷疑目前的一些理論是否不足，路子是否不對(duì)頭”(元增民書p.2)。確實(shí)，元增民教授一點(diǎn)也不“懷疑自己”，夠“大膽”。
　　元增民書中又說(shuō)：“唯物辯證法是學(xué)好模擬電子技術(shù)的哲學(xué)基礎(chǔ)。要善于區(qū)別主要矛盾和次要矛盾，要注意具體問(wèn)題具體分析，要注意避免形而上學(xué)，防止先入為主，要以實(shí)踐作為檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”(元增民書p.2)。不知道元增民教授是如何“具體分析”同相放大器和反相放大器用同一塊石英晶體構(gòu)成的兩個(gè)振蕩器振蕩頻率相差達(dá)百倍這個(gè)“具體問(wèn)題”的，也不知道元增民教授是如何“避免形而上學(xué)，防止先入為主”的，更不知道元增民教授如何“檢驗(yàn)真理”。
　　元增民書中還說(shuō)：“學(xué)習(xí)模擬電子技術(shù)要過(guò)四道坎。第一道坎是從直流半導(dǎo)體器件到交流放大電路的臺(tái)階，第二道坎是從開環(huán)到閉環(huán)的臺(tái)階，第三道坎是從分立元件到集成電路的臺(tái)階，第四道坎是是從放大到振蕩的臺(tái)階”(元增民書p.2)�？磥�(lái)，元增民教授自己就沒(méi)能過(guò)這第四道坎。至于前三道坎，好像也過(guò)得不怎么樣，不過(guò)那已經(jīng)超出本文范圍，當(dāng)另文敘述。

david-xia

謝謝，好好看看！

Refee

哈哈 頂上去先

panminghui

受教育了�。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。�