奇怪的揚聲器振蕩電路

這是一個(gè)從會(huì )議電話(huà)設備上拆卸下來(lái)的一個(gè)揚聲器。?下面對于它的基本特性進(jìn)行測試，?并最后驗證一個(gè) 非常奇特電路[1] 的工作原理。?這個(gè)揚聲器安裝在一個(gè)塑料殼之內。

一、前言

這是一個(gè)從會(huì )議電話(huà)設備上拆卸下來(lái)的一個(gè)揚聲器。?下面對于它的基本特性進(jìn)行測試，?并最后驗證一個(gè) 非常奇特電路[1] 的工作原理。?這個(gè)揚聲器安裝在一個(gè)塑料殼之內。

二、特性測量

1、基本電氣特性

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首先利用SmartTweezer測量這個(gè)揚聲器的基本電器阻抗。測量頻率為 10kHz。?揚聲器的電阻為15.20歐姆，電感為143.2微亨。如果使用100Hz測量，對應的電阻為8.725歐姆，電感為1.003毫亨。

? ●  揚聲器的電氣特性(@10kHz)： 

???電阻：15.20歐姆

???電感：143.2微亨

? ●  揚聲器的電氣特性(@100Hz)： 

???電阻：8.725歐姆

???電感：1.003毫亨

???上面的測試很奇怪，?在10kHz測量頻率下，電感居然有143.2微亨，?而在100Hz頻率測量下，電感量竟然破天荒的升高了！這臺出乎我的預料，不知道誰(shuí)能夠解釋一下這個(gè)現象。?這個(gè)1.003毫亨的電感怎么看也不像揚聲器本身的電感量。?猜測這個(gè)電感數值是綜合了揚聲器的電氣和機械慣性之后等效的電感量。

圖1.2.1 待測揚聲器

為了解釋上面揚聲器的電感奇怪數值，下面使用 NanoVNA[2] 來(lái)對揚聲器的阻抗進(jìn)行測量。?在測量之前對NanoVNA進(jìn)行校正。?這里展示了測量結果。?在頻率為45kHz處，?對應的阻抗?大約11.5歐姆，換算成電感約為：?40微亨。與前面SmartTweezer測量有所不同。

圖1.2.2 使用NamoVNA測量揚聲器的結果

三、單管振蕩器

1、實(shí)驗現象

在博文《 單個(gè)晶體管形成的奇怪振蕩電路[1] 》 中描述了一個(gè)奇怪單晶體管振蕩電路。?從電路圖上來(lái)看，這個(gè)電路似乎無(wú)法產(chǎn)生振蕩信號。估計第一個(gè)看到這個(gè)電路的人都會(huì )會(huì )心的一笑， 如果它能夠振蕩這就是天大的笑話(huà)。?好吧，下面重新搭建這個(gè)電路測試一下。圖片

圖1.3.1 實(shí)驗電路

電路中的晶體管使用S9018，?通過(guò)晶體管參數測量模塊測試它的主要參數。?在面包板上搭建這個(gè)簡(jiǎn)單測試電路。?通電之后，立即可以聽(tīng)到揚聲器中發(fā)出的蜂鳴聲音。

通過(guò)示波器測量揚聲器兩端的電壓信號波形。?通過(guò)兩個(gè)脈沖之間時(shí)間長(cháng)度，?可以判斷對應的頻率為1.7kHz， 這就是蜂鳴聲音的頻率。?脈沖信號內部似乎包含有更高頻的振蕩信號。?拉寬示波器波形，?測量高頻信號的頻率，?對應了300MHz的頻率。我的乖乖， 這個(gè)高頻信號怎么來(lái)的呢？

圖1.3.2 振蕩信號

圖1.3.3 振蕩波形中的高頻信號

2、機理分析

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上面測量結果與之前博文實(shí)驗測試結果是相同的。?那么這個(gè)電路是如何振蕩的呢？?這里就需要考慮到揚聲器的電感效應。?它在高頻下，具有電感特性，?它與晶體管分布電容形成LC三點(diǎn)式振蕩電路。?此時(shí)高頻振蕩電路中的三極管輸入具有負阻抗特性。這個(gè)負阻抗特性是由振蕩信號在三極管BE之間的PN結整流作用產(chǎn)生的。在這里就不進(jìn)行詳細討論了。

晶體三極管基極對發(fā)射極之間具有一定的負阻抗特性，?這就可以在前面R1,C1組成的串聯(lián)電路引起間歇振蕩。?這個(gè)震蕩引起三極管偏置電壓的波動(dòng)，?進(jìn)而使得前面高頻振蕩器出現間歇式震蕩。揚聲器將間歇振蕩 信號轉換成蜂鳴聲音信號。

圖1.3.4 間歇振蕩器

關(guān)于負阻抗特性能夠引起RC電路間歇振蕩，?可以參考這種單節晶體管振蕩電路。?單結晶體管的輸入端在一定偏壓下具有負阻抗特性，?前面連接的RC分壓電路，?便可以形成這種間歇振蕩信號。?這種情況造成的振蕩，?在很多情況下都會(huì )出現。

比如在博文“氖泡振蕩器”中，?氖泡擊穿過(guò)程就是具有負阻抗特性。?它連接一個(gè)阻容電路也可以構成振蕩電路。?這個(gè)詭異的單管振蕩電路也是利用了三極管BE之間的PN結反向擊穿時(shí)對應的負阻抗特性。

圖1.3.5 單管振蕩電路

總結

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本文測試了一個(gè)揚聲器的特性，它的輸入包括有電阻和電感。?通過(guò)它搭建了一個(gè)單管振蕩器。?形成了間歇式的高頻振蕩。?將揚聲器替換成一個(gè)3毫亨的電感，也可以形成這種間歇式震蕩。?由此說(shuō)明了前面振蕩器利用了喇叭的電感特性。?理解這種特性，在將來(lái)設計喇叭放大電路時(shí)需要避免高頻振蕩的產(chǎn)生。

圖2.1 利用電感也能夠產(chǎn)生間歇式振蕩器

參考資料

[1]非常奇特電路: https://blog.csdn.net/zhuoqingjoking97298/article/details/120484169

[2]NanoVNA: https://blog.csdn.net/zhuoqingjoking97298/article/details/116295857