多諧振蕩器是一個古老的振蕩電路，是由Abraham, Bloch, Eccles, Jordan等人在1919年提出的電路。當年是采用電子管設計的電路。隨著1940年晶體管出現之后，采用晶體管設計的多諧振蕩器產生了。

下圖是一個實際可以工作的晶體管組成的多諧振蕩器，右邊給出了電路中的工作電壓波形。

如果僅僅看兩個三極管的基級電阻和集電極電阻的配置，三極管應該都是工作在飽和狀態，為什么該電路還能夠發生振蕩呢？為什么兩個三極管不都處于飽和狀態呢？

這就就要驗證，在三極管處于飽和狀態，它是否還有信號放大能力。
在上述電路中，只要兩個三極管的信號放大能力的乘積大于1，該電路就能夠狀態切換，產生多諧振蕩。

下面分別對有NPN三極管組成的單管放大電路進行實驗驗證。

一、正常工作狀態下電路增益

1.實驗電路圖

下圖為單級放大電路的實驗電路圖

2.實驗電路理論分析

三級管T 1 T_1T1的工作點偏置電阻R 1 R_1R1，R p R_pRp分別是：
R 1 = 510 k Ω , R p = 86.9 k Ω R_1=510kOmega, R_p=86.9kOmegaR1=510kΩ,Rp=86.9kΩ
使用LCR表測量輸入端的等效電阻R i R_iRi=21.5kΩ OmegaΩ。
由于輸入電阻R i R_iRi等于R1，Rp以及三極管的輸入電阻的R b R_bRb并聯。
R i = R 1 / / R p / / R b R_i=R_1//R_p//R_bRi=R1//Rp//Rb
因此，可以求出三級的輸入電阻R b R_bRb=30.36kΩ OmegaΩ

如果假設三級的的集電極等效電阻為無窮大，那么該電路的負載阻抗為：R 2 / / R 4 = 2.56 k Ω R_2//R_4=2.56kOmegaR2//R4=2.56kΩ。使用LCR表實測（3）點的阻抗測量的阻抗R l = 2.38 Ω R_l=2.38OmegaRl=2.38Ω）

使用萬用表的Hfe測量得到三極管參數： 型號8050； 電流放大倍數β etaβ=311。
理論上分析該單管放大電路小信號的增益為：
G a i n = β ? R l R b = 311 ? 2.38 30.36 = 24.4 ( 27.7 d b ) (hi) Gain=eta ag{hi}cdotfrac{R_l}{R_b}=311cdotfrac{2.38}{30.36}=24.4(27.7db)Gain=β?RbRl=311?30.362.38=24.4(27.7db)(hi)

3.實測電路小型號放大增益

使用信號源產生1kHz的正弦信號，幅值從0.35mV增加到35mV。通過數字萬用表真有效交流電壓檔分別測量輸入信號與輸出信號。然后計算在不同的輸入信號幅值下該電路的增益，如下圖所示：

隨著輸入信號幅值增加，單管放大電路的增益變化
實測顯示，該放大電路的信號增益在33db左右，比上面理論分析要大。

電路的增益隨著信號的幅值增加逐步降低。這是由于該電路工作在5V電源下。輸出信號的動態范圍理論上只有2.5V左右，考慮到三極管輸入和輸出的非線性，當信號幅值增加時，輸出信號發生失真。

下圖顯示了信號變化的情況。當輸入信號幅值增加，輸出信號呈現頂部飽和，底部截止的特性，這使得信號放大增益降低，輸出諧波增加。

二.三極管飽和狀態下電路增益

三極管設置在飽和狀態下，并不是沒有放大能力，只是電路的增益下降了。同時電路放大信號失真增加了。

1.電路電路圖

電路圖與上面的實驗電路相同，只是改變了R 1 , R 2 R_1, R_2R1,R2，使得三極管不再工作在放大區域，而是出于飽和狀態。
具體參數如下圖所示，電路中靜態工作點電壓也在圖中標示出。

單管NPN放大實驗電路，電路配置在飽和狀態下

由于晶體管的集電極電壓過低，只有0.026V，電路處于過飽和狀態。

使用TH2821A LCR表，去掉電阻R 3 R_3R3之后，測量電路在加電之后的輸入電阻：R i R_iRi=3090Ω OmegaΩ。
這是單管放大電路的輸入電阻，它等于R 1 R_1R1與晶體管T 1 T_1T1輸入電阻的并聯：R i R_iRi=R i R_iRi//R t R_tRt。
由于R 1 R_1R1比較大，所以R i R_iRi基本上等于晶體管T 1 T_1T1的輸入電阻。

手持LCR表：TH2821A，用于測試放大電路的輸入電阻

下面測試該電路隨著輸入信號的幅值增加對應的放大倍數。
使用信號發生器，產生1000Hz，幅值可調的信號作為放大電路的輸入信號。使用高頻真有效值萬用表分別測量單管放大電路的輸入和輸出信號，計算所對應的電路的交流小信號的放大器增益。

下面給出了輸入信號的幅值從0.03mV增加至0.425mV過程中，放大電路的輸入輸出波形和幅值。

放大器的輸入輸出信號，在不同的輸入信號的幅值下對應不同的輸出和放大增益
由于電路處在飽和狀態，所以輸出的信號呈現放大的失真。

繪制電路增益隨著輸入信號幅度增加的變化曲線。隨著輸入信號的幅度增加，電路的增益很快從2db增加到24db。

飽和狀態下的三極管放大電路增益隨著輸入信號的幅值增加而增加
測試數據顯示，三極管配置在飽和狀態下，電路的增益比起前面工作在放大區的時候大大降低了。但是還是有一定的信號放大能力的。

飽和狀態下的電路增益，隨著信號的輸入增加增加。這一點與前面三極管工作在放大區也是有很大的區別的。

將R 1 R_1R1更換成100kΩ OmegaΩ，電路進入更深的飽和狀態。在這種情況下繼續測試電路的增益與輸入信號的幅值之間的關系。

將$T_1$的偏執電阻$R_1$更換成100k$Omega$，電路的輸入輸出波形

下圖繪制了電路的增益隨著輸入信號幅值增加而變化的情況。當輸入信號的幅值小于10mV的時候，電路的增益小于0dB。此時電路不具備放大特性。

飽和狀態下的三極管放大電路增益隨著輸入信號的幅值增加而增加

將R 1 R_1R1更換成51kΩ OmegaΩ，電路再進一步更深的飽和狀態。

電路的增益隨著輸入信號的增益做緩慢增益。值得注意的是，當信號的輸入幅度小于23mV的時候，電路增益小于0dB。

飽和狀態下的三極管放大電路增益隨著輸入信號的幅值增加而增加

將上面三種偏執電阻R1的電路增益隨著輸入信號的增加而變化曲線繪制在同一張圖上，對比如下：

從上面的結果可以看出，當電路進入更深的飽和時，電路的增益進一步下降。它們的增益隨著輸入信號幅值的增益而上升。

三、單管放大電路增益與工作電壓之間的關系

將三極管單級放大電路配置在飽和狀態下，實驗研究電路的交流小信號增益與工作電壓VCC之間的關系。根據第二節中實驗結果，此時工作在飽和狀態下的三極管放大電路的增益與輸入信號的幅值也有關系，所以在下面實驗中使用三種不同輸入信號的幅值進行實驗研究。

1.實驗電路圖

實驗電路仍然使用上面電路的框架，對于三極管T 1 T_1T1的偏置電阻R 1 R_1R1和工作電路R 2 R_2R2分別取100kΩ OmegaΩ和20kΩ OmegaΩ。

這種配置在工作電壓VCC=5V的情況下，三極管處于飽和狀態，集電極電壓只有0.0196V。

2. 實驗數據

仍然使用信號源產生1kHz的正弦波信號，分別設置輸入信號的幅值為17mV，

(1) 輸入信號幅值為17mV時電路放大性能。

飽和狀態下三極管的工作電壓VCC從0V一直增加到5V,電路的輸入和輸出信號動態變化過程如下面動圖所示。

電路的增益如下圖所示。當VCC大于0.6V之后，電路開始有了放大能力。當VCC增加到2.7V的時候，電路放大倍數增加到最大，大約是4.2。隨后，隨著工作電壓的增加，電路的增益反而下降。

之所以造成上面放大倍數隨著工作電壓增加反而下降的原因，是由于電路的輸入阻抗隨著VCC的增加，上升了。

（2）輸入信號為7mV時電路增益

輸入信號幅值為7mV時，將工作電壓VCC從0V遞增至5V，電路的輸入輸出信號的變化情況如下圖所示。

電路的放大特性如下圖所示。

觀察到在工作電壓小于0.5V的時候，電路實際上處于截止狀態。之所以前面的增益似乎在1左右，應該從上面的波形圖上可以看出，此時由于電路處于截止，實際上輸入，輸出部分有高頻的干擾信號，使得輸出的交流成分增加。但實際上它們并不是實際輸入信號的放大信號。

同樣，隨著工作電壓增加到5V，電路的整體增益一直下降。在工作電壓大于3.2V之后，信號的增益小于1。

（3）輸入信號幅值為27mV時，放大電路的增益

輸入信號的幅值設定為27mV，將工作電壓從0V增加到5V，放大電路的輸入輸出信號的波形如下圖所示：

放大電路的增益隨著工作電壓的增加而增加，如下圖所示：

編輯：hfy