老式锗晶体管:这个节拍器振荡器是如何工作的?

电器工程 晶体管 电路分析 电路设计 振荡器 脉冲
2022-01-22 17:16:51

我正在尝试恢复和学习我叔叔在 60 年代组装的简单节拍器。它有一个很好的节拍,直到最近才开始工作——尽管不稳定。为简单起见,我通过跟踪电路板轨道制作了一个示意图,该电路板包含在下面,但没有电源。

作为一个初学者,我无法理解Q1Q2的性格。它看起来像我见过的 SCR 解释,但我不确定它们是否可以作为 SCR 工作。

我假设Q3Q4的最右边部分只是用来放大电路最左边部分产生的脉冲,特别是来自R4C2之间的脉冲。但是这个振荡器是如何工作的呢?

晶体管来自 RCA,SK3020是硅 NPN,SK3005 实际上是锗 PNP。我不确定它们是否有任何特殊特性可以实现此功能,而且我找不到太多关于它们与现代硅晶体管的差异。

非常感谢在了解该电路如何产生脉冲的方向上阅读的任何指针或主题。


笔记:

  • 添加了我现在在整个电路中读取的电压。
  • 该电路被 Spehro Pefhany 认可为1968 年 RCA 爱好电路手册的一部分,原始电路包含在他的答案中。

节拍器电子电路

4个回答

Q2 是一个斜坡回扫发生器。
当锗的 Vbe >200 mV 时,Q1 是一个复位比较器。但如果 Q2-C 为低,而 Q1-E 为高,则 Q1 因 Q1 Vbe 缺陷而有缺陷。

现在我看到 Q2 和 Q4 Vbe >1V 都是有缺陷的

在此处输入图像描述

操作理论。

这是一个聪明的小 2 晶体管 Astable 多谐振荡器,带有脉冲发生器,用于驱动扬声器,尖峰从 1/4 或 1/2s 到 2s,用于节拍器,如带有 RV1 的咔嗒声发生器。超出此范围,由于 Rc/Re 的增益比,它停止振荡。

锯齿波发生器提升 Q2 的发射极帽。最初,但之后对频率几乎没有影响,因为 Q1 通过将发射极电压拉到远高于基极电压,有效地切断了 Q2 的传导电流。事实上,Q2 的 Vbe > -5V 太远了,这对于大多数晶体管来说是一个常见的不得超过额定值。

一旦 Q2 的电流斜坡达到其 Vbe 阈值,即 Ge 约为 100mV 或 Si 为 600mV,Q1 就会触发 SCR 触发器并拉高 Q2。

然后,R3 拉低电容电压,直到 Q2 可以导通,然后由 Q1 到 Q2 的正反馈回路(类似 SCR 的效果)触发,Q1-Vbe 是比较器,Q2 是放电,其通过 R 比率自行关闭R6 远小于 Q2 发射极 R。

R1,R2和Q2射极跟随器只是将锯齿设置为低电压<12V的1/3然后R4将电压拉得太高,所以我会增加它同时R1,R2以减少多余的功率消费偏向 Q2。

我的建议是关于标记示意图。但主要是因为 Ge 晶体管很少见,所以将 Q1 更改为任何 Si PNP,将 R6 更改为 5.6k,并用 PN2222A 或等效物替换死 Q2、Q4。

根本原因故障分析

  1. Q2 和 Q4 具有熔断器开路基发射极结
  2. Veb 反向电压略微超过 5V,导致结缓慢损坏,而 R4 在复位时硬驱动 Q2,再次以超过 50mA 的电流对结施加压力。
  3. Q4 也有高基极电流,当熔断时,R8 变热。

有趣的事实:这两个晶体管看起来像一个 SCR,但不是因为有 4 个端子,不像 SCR 只暴露 3 个端子。第 4 个用于偏置关闭并检测 R6 中的电流,直到顶部导通,并通过来自较低 Q2 的正反馈重新放大,以快速切换到锯齿的尖锐边缘。然后它们都关闭,因为 RC 电路以线性斜坡衰减,然后重复。

该电路是从 RCA Hobby Circuits Manual 1968 中复制而来的。完整条目如下所示,包括原始操作描述。

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要回答你没有问的问题:

在正常操作中,晶体管开启时,双极结型晶体管的基极-发射极电压约为一个二极管压降。对于小信号硅晶体管来说,这是 0.7V(如果东西承载着巨大的电流,它可能会更高),对于小信号锗晶体管来说,大约是 0.3V。

NPN 的电压方向为正,PNP 的电压方向为负(它遵循名称中的“P”和“N”)。

如果你看到更多,晶体管坏了。如果你看到的更少,要么晶体管坏了,要么它被关闭了(这个电路可能就是这种情况:在正常运行中,Q1 和 Q2 几乎不会同时开启)。由于该电路被设计为振荡器,因此您不能只静态测量电压——尝试只会让您搞砸测量,因为电压会四处跳动。但是,如果您将一根米导线放在底座上,另一根放在发射器上并在那里测量,那么您将始终测量感兴趣的电压。

请注意,您可能有一块破裂的 PCB,在这种情况下,您不能假设晶体管引线上的电压与 PCB 走线上的电压相同。

如果您的测量结果正确,则 Q2 的 BE 结上的电压为 10V,Q4 的 BE 结上的电压为 11.7V。除非闪电击中了这个东西(或者一年前有一只猫在里面撒了尿并且它被腐蚀了,或者发生了其他灾难),否则两个晶体管不太可能同时损坏。我会在这些路口重新测量,看看你是否得到一致的读数。

正如您所描述的,它确实像 SCR 一样工作。

假设 C3 被充电到比 R1 和 R2 的结点更高的电压(约 4V)。

C3 通过 R5 和 RV1 相对缓慢地放电,形成指数负向斜坡,直到电压略低于 4V;然后 Q2 将开始进行。从 Q2 到 R6 的电流将正向偏置 Q1,这将提高 Q2 基极的电压,使其导通更多。

这一直持续到 Q1 和 Q2 都在大量传导并为 C3 充电。

随着 C3 充电,流入 Q1 基极的电流减少,直到不足以保持 Q2 导通,并且过程停止,Q1 或 Q2 均不导通,C3 充电至接近 12V。然后 C3 将通过 R5 和 RV1 放电以开始另一个循环。

该序列将在 C3 上产生一个连续的锯齿波形,其中短脉冲电流通过 Q1 和 Q2。

如果用硅晶体管替换晶体管,则需要大大增加 R6,因为硅晶体管的 Vbe 较高(可能到 220k,即使没有电阻也可以工作)。

正如您正确陈述的那样,电路的其余部分是将 Q1 的脉冲放大到适合驱动扬声器的电平。

正如@Tony Stewart 在评论中提到的,电容器 C3 中的泄漏可能会导致电路停止工作或使其不稳定。