在“神秘的能量來源”推文中探討了視頻中永磁鋼珠在銅橋上震蕩的情況。視頻中還給出了對應(yīng)的震蕩驅(qū)動(dòng)電路。
單線圈驅(qū)動(dòng)永磁鋼珠往返運(yùn)動(dòng) 最初認(rèn)為，是自激振蕩電路驅(qū)動(dòng)線圈產(chǎn)生交變磁場，然后推動(dòng)磁性鋼球往返運(yùn)動(dòng)。但認(rèn)真思考就會(huì)發(fā)現(xiàn)這會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)問題： （1）如果震蕩電路的頻率與鋼球在曲面橋上的的機(jī)械振蕩頻率不相同，線圈所產(chǎn)生的交變磁場就無法與鋼球同步，這樣線圈時(shí)所產(chǎn)生的磁場就一會(huì)兒對鋼球是推動(dòng)力，一會(huì)兒是阻尼力，最終鋼球會(huì)停止震蕩。 （2）仔細(xì)分析視頻中給出的電路，也會(huì)發(fā)現(xiàn)這個(gè)電路不是一個(gè)真正的多諧震蕩電路。電路中的互補(bǔ)三極管T1,T2組成形成互鎖的晶閘管（Thyristor）電路。一旦導(dǎo)通，這個(gè)電路就無法自行恢復(fù)，形成持續(xù)的震蕩。 視頻中給出的電路無法震蕩 實(shí)際上，只有將電路中的R1從原來的6k歐姆減少到510歐姆左右，電路才會(huì)出現(xiàn)間歇震蕩。也就是當(dāng)T1,T2形成的晶閘管電路將原來存儲(chǔ)在C1(1000uF)中的電能釋放掉，T1,T2才從原來的導(dǎo)通恢復(fù)到截止。 下圖顯示了實(shí)驗(yàn)中上述電路間歇震蕩中儲(chǔ)能電容C1上的電壓（藍(lán)色曲線）曲線和電路輸出到線圈上的電壓曲線（綠色曲線）。 電路所形成的間歇震蕩波形 由NPN，PNP的確可以形成互補(bǔ)多諧振蕩電路，但是反饋器件不能夠是電阻，而應(yīng)該是電容。 如下圖所示，就是將原來電路中反饋電阻R3替換成反饋電容C1，該電路便可以產(chǎn)生脈沖震蕩。電路中輸出負(fù)載使用了 一個(gè)8歐姆的揚(yáng)聲器替代電磁線圈。 互補(bǔ)晶體管組成的多諧振蕩電路 C1將電路的輸出信號從T1的集電極反饋到T2的基極，這是一個(gè)正反饋。因此電路很快就從放大狀態(tài)進(jìn)入到T1,T2飽和導(dǎo)通狀態(tài)，電路輸出高電平。 隨著C1充電，反饋到T2基極上的電壓逐步減小，最終T2脫離飽和，重新進(jìn)入放大狀態(tài)。此時(shí)又由于正反饋的作用，很快使得T1,T2進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)，電路輸出低電平。下圖顯示了互補(bǔ)多諧振蕩電路各點(diǎn)的電壓波形。 互補(bǔ)多諧震蕩電路各點(diǎn)波形
再隨偏置電路R1,R2往C1充電，逐步抬高T2的基極電壓，最終重新使得T2進(jìn)入放大狀態(tài)，電路于是開啟第二個(gè)震蕩周期。 電路的震蕩頻率與C1，R2的乘積（時(shí)間常數(shù)）有關(guān)，也與電位器R1提供的偏壓有關(guān)系。在C1,R2固定的情況下，R1提供的偏壓越大，震蕩頻率越高。 下圖顯示了R1處的偏壓在逐步升高的過程中，T2的基極電壓，電路的震蕩頻率的變化情況。 自激振蕩電路隨著偏壓增加，T1基極電壓以及震蕩頻率變化曲線
上面的曲線顯示了自激振蕩電路的一個(gè)神奇的特性，即負(fù)阻抗特性。這是從T2的基極對地之間的阻抗呈現(xiàn)負(fù)阻抗特性。隨著R1提供的偏置電壓增加，流過R2的電流增加，也就是流進(jìn)T2基極的偏置電流增加，而T2的電壓反而在電路震蕩之后卻下降。 這種特殊的負(fù)阻抗特性，還會(huì)引起其他的震蕩。比如，在T2對地之間加入電感，或者電容等儲(chǔ)能器件，此時(shí)，由于T2的基極對地之間呈現(xiàn)負(fù)阻抗特性，電路將會(huì)出現(xiàn)間歇振蕩。 在T2的基極對地之間引入L1,C2等儲(chǔ)能器件 上述電路中，可以只加入C2,或者L1，都會(huì)引起電路從原來穩(wěn)定的震蕩，變成間歇振蕩。這是C2，L1中的能量在負(fù)阻抗端口上出現(xiàn)間歇充電和放電的引起的。 下圖顯示了間歇振蕩時(shí)，電路的輸出電壓信號和T2的基極信號。由于T2的基極電壓呈現(xiàn)鋸齒波的變化，震蕩頻率也變化。在揚(yáng)聲器中就會(huì)出現(xiàn)類似鳥鳴的啁啾（Chirp）聲音。
間歇震蕩波形：電路輸出信號：粉紅色，T2基極信號：綠色 最后再回到本文一開始的問題。通過上述分析，可以知道在視頻中所給出的電路，本質(zhì)上不是一個(gè)自激振蕩電路，而是一個(gè)由線圈感應(yīng)脈沖觸發(fā)的放電電路。 原來電路中的R1(6k),C1(1000uF)所組成的充電回路的時(shí)間常數(shù)大約是6秒鐘，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于永磁鋼球在銅絲橋面上往復(fù)運(yùn)動(dòng)的周期。所以，如果鋼球不運(yùn)動(dòng)，該電路不震蕩，或者是以很長（大于6秒鐘）的周期間歇放電。
啁啾間歇震蕩電路 當(dāng)永磁鋼球在橋面上往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，就會(huì)在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。當(dāng)感應(yīng)電動(dòng)勢電壓升高的時(shí)候，就會(huì)通過反饋電阻R3施加在的T1的基極上，使得T1,T2所形成的等效晶閘管導(dǎo)通，C1上的電能就通過線圈放電，將電能通過線圈轉(zhuǎn)化成鋼球的動(dòng)能。 如果鋼球在線圈中所產(chǎn)生的電壓是負(fù)極性的時(shí)候，就不會(huì)產(chǎn)生放電，電源會(huì)繼續(xù)通過R1往C1中充電。 面包板上的實(shí)驗(yàn)電路
并聯(lián)在線圈兩端的發(fā)光二極管（D1）是在C1放電結(jié)束時(shí)，T1,T2截止瞬間，為線圈提供續(xù)流通道。此時(shí)，會(huì)看到發(fā)光二極管被點(diǎn)亮一瞬間。 所以，在視頻中給出的電路中，線圈同時(shí)擔(dān)任兩個(gè)功能：第一個(gè)功能是檢測永磁鋼球是否通過線圈，并且極性是正確的，即此時(shí)產(chǎn)生了正的感應(yīng)電壓；第二個(gè)功能就是在T1、T2導(dǎo)通時(shí)，C1中的電能釋放到線圈，并產(chǎn)生磁場推動(dòng)鋼球加速運(yùn)動(dòng)。 綜上所述，視頻中的驅(qū)動(dòng)電路會(huì)自動(dòng)與鋼球往復(fù)運(yùn)動(dòng)同步，并不斷的將電能轉(zhuǎn)換成鋼球運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能。 分析一個(gè)電路是否屬于正常的自激振蕩電路，除了有針對性的分析之外，對于常見到的多諧振蕩電路熟記于心，就能夠立即發(fā)現(xiàn)看到的電路中的特殊之處了。 下面給出了幾種常見到的多諧震蕩電路的形式。 由雙NPN晶體管組成的無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器
由運(yùn)算放大器組成的無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器 由斯密特觸發(fā)器組成的無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器 由CMOS反相器組成的無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器
由555集成電路組成的無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器 由互補(bǔ)晶體管組成的多諧振蕩器 end 來源TsinghuaJoking丨侵刪
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