一個(gè)電子線路如果算得上“優(yōu)雅”，那是它能夠非常簡(jiǎn)明有效實(shí)現(xiàn)所需要的功能； 如果算得上“漂亮”，它則能夠經(jīng)受得住時(shí)間的考驗(yàn)。

交叉耦合對(duì)電路(Cross-coupled pair:XCP)就是一個(gè)電路中多面手。 它誕生于 1919 年，今年它已經(jīng)演化發(fā)展超過了 100 年，形成各種器件設(shè)計(jì)技術(shù)、適合工作在不同的電壓以及響應(yīng)速度。

XCP 電路最早是在 1919 年由兩篇只相差四天獨(dú)立發(fā)表的文章提出的，文章作者分別是 Abraham & Bloch； Eccles & Jordan。

最早的文章現(xiàn)在已經(jīng)很難發(fā)現(xiàn)了，好在 Abraham 在同年 12 月發(fā)表的另外一篇文章中也提到了該電路，他將該電路命名為多諧振蕩器（Multivibrator）。

早期使用電子管設(shè)計(jì)的 XCP 電路

在 1920 年，vaf der Pol 使用松弛振蕩器的原理分析了多諧振蕩器。 Eccles 和 Jordan 最早將 XCP 設(shè)計(jì)成雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，可以用于存儲(chǔ)器。 在人類第一臺(tái)通用電子計(jì)算機(jī) ENIAC 中，就使用這種結(jié)構(gòu)作為存儲(chǔ)器電路。

到了 1940 誕生了雙極性晶體管，XCP 自然就在晶體管電路設(shè)計(jì)中扮演了重要的角色。 XCP 電路分為兩大類：一類是集電極耦合的形式的，包括有無穩(wěn)態(tài)、單穩(wěn)態(tài)、雙穩(wěn)態(tài)電路； 另外一類是發(fā)射極耦合形式電路，這類電路除了構(gòu)成存儲(chǔ)器之外，發(fā)射極耦合電路也出現(xiàn)在各種運(yùn)算放大器、比較器的前級(jí)差分放大電路、射頻放大電路設(shè)計(jì)中。

XCP 電路也隨著器件發(fā)展不斷的演化。 以作為振蕩器功能來講，它也經(jīng)歷了多諧振蕩、再生式松弛振蕩器、以及負(fù)阻抗 LC 振蕩器等多階段的發(fā)展。

上圖（a）中的形式是 XCP 早期誕生時(shí)就出現(xiàn)的功能，現(xiàn)在還被作為基礎(chǔ)振蕩器的形式出現(xiàn)在一些教科書中。

《運(yùn)算放大器 -- 應(yīng)用電路設(shè)計(jì)》是由日本人馬場(chǎng)清太郎寫的一本模擬電路書籍。 不像其它的教科書那樣包含著大量的公式，這本書中則是通過運(yùn)放搭建的實(shí)際的電路進(jìn)行舉例講解，電路中的參數(shù)都是實(shí)際工作參數(shù)，所有的電路波形都采用實(shí)際測(cè)量的波形。

《運(yùn)算放大器 -- 應(yīng)用電路設(shè)計(jì)》

開始看到這本書的時(shí)候，就被他的風(fēng)格所吸引。 過去了很多年了，我始終被書中提到的一個(gè)問題所困擾。

在書中第 24 章，講解無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器的時(shí)候，使用耦合電路對(duì)（XCP）進(jìn)行舉例。 書中也提到該電路最早來自于 Abraham, Block 在 1918 年（文獻(xiàn)中應(yīng)該是 1919 年）提示的方案。

下面電路圖就是由兩個(gè) NPN 晶體管（8050）構(gòu)成可以工作的多諧振蕩器以及相應(yīng)的波形。 該電路工作原理講述在網(wǎng)絡(luò)上大量存在，在此就省略討論。

由 NPN 晶體管搭建的多諧振蕩器

書中談到該電路的缺點(diǎn)是，電源電壓從零開始逐步升高時(shí)，電路中的兩個(gè)晶體管會(huì)同時(shí)導(dǎo)通，不產(chǎn)生振蕩。 在正文和圖例中都提到電路的這個(gè)缺點(diǎn)。

這個(gè)問題之所以令人迷惑，就是在其它講解該電路的書中，以及我對(duì)于它的理解中，都不會(huì)提到該電路的工作電壓的逐步升高出現(xiàn)不振蕩的情況。

從邏輯上來講，如果上述電路嚴(yán)格對(duì)稱，在電壓逐步升高的過程中，兩個(gè)晶體管從最初的截止，進(jìn)入到放大狀態(tài)，再進(jìn)入飽和狀態(tài)，有可能最終穩(wěn)定在都飽和的情況。

但實(shí)際的兩個(gè)晶體管以及相應(yīng)的外部電阻、電容參數(shù)不會(huì)嚴(yán)格的一致。 再加上整個(gè)電路中存在的熱運(yùn)動(dòng)，電路不再對(duì)稱，所以應(yīng)該不會(huì)產(chǎn)生停震現(xiàn)象。

上面多諧振蕩器可以看成兩個(gè)晶體管放大電路串聯(lián)成一個(gè)正反饋環(huán)路。 如下圖所示：

由于是正反饋，當(dāng)兩個(gè)三極管所組成的放大電路的增益乘積大于 1，上述電路就會(huì)發(fā)生振蕩。 由于其中沒有選頻電路，實(shí)際電路工作在遲張振蕩電路狀態(tài)。

如果猛一看，根據(jù)兩個(gè)三極管的基級(jí)電阻和集電極電阻的數(shù)值，應(yīng)該能夠判斷兩個(gè)三極管都處于飽和狀態(tài)。 按理它們不會(huì)產(chǎn)生信號(hào)的放大，但該電路還是能夠工作并輸出振蕩波形。

下面是對(duì)于單個(gè)三極管，按照上面振蕩電路中集電極和基極電阻配置組成放大電路。 靜態(tài)情況下， 三極管的集電極電壓只有 0.02V 左右，處于過飽和狀態(tài)。

給上述電路輸入 1kHz 測(cè)試信號(hào)，幅值從 0.3mV 變化到 30mV。 通過測(cè)量它的輸出信號(hào)，可以計(jì)算出該電路的增益。

實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)可以看出，處于過飽和狀態(tài)的三極管對(duì)于交流小信號(hào)還是有放大功能。 并且隨著輸入信號(hào)幅度的增加，信號(hào)的增益也上升。

這說明對(duì)于處在飽和區(qū)的三極管，還是有信號(hào)放大能力，只是放大倍數(shù)比工作在放大區(qū)時(shí)要小的多。

對(duì)于多諧振蕩電路來說，只要兩個(gè)三極管信號(hào)放大增益乘積大于 1，就可以完成狀態(tài)的切換，進(jìn)而形成振蕩。

通過上面分析，對(duì)于馬長清太郎在書中提到的多諧振蕩器由于電壓緩慢增加而停震的缺點(diǎn)，仍然無法解釋。 也許這個(gè)缺點(diǎn)只是在最初的電子管放大器版本中才存在，使用晶體管設(shè)計(jì)的多諧振蕩器，只要能夠振蕩，就不會(huì)因?yàn)楣ぷ麟妷荷仙乃俣榷霈F(xiàn)停震的情況。

審核編輯：湯梓紅