一种非常奇特的扬声器振荡电路

01、扬声器

一、前言

这是一个从会议电话设备上拆卸下来的一个扬声器。 下面对于它的基本特性进行测试， 并最后验证一个 非常奇特电路[1] 的工作原理。 这个扬声器安装在一个塑料壳之内。

二、特性测量

1、基本电气特性

首先利用SmartTweezer测量这个扬声器的基本电器阻抗。测量频率为 10kHz。 扬声器的电阻为15.20欧姆，电感为143.2微亨。如果使用100Hz测量，对应的电阻为8.725欧姆，电感为1.003毫亨。

● 扬声器的电气特性(@10kHz)：

电阻：15.20欧姆

电感：143.2微亨

● 扬声器的电气特性(@100Hz)：

电阻：8.725欧姆

电感：1.003毫亨

上面的测试很奇怪， 在10kHz测量频率下，电感居然有143.2微亨， 而在100Hz频率测量下，电感量竟然破天荒的升高了!这台出乎我的预料，不知道谁能够解释一下这个现象。 这个1.003毫亨的电感怎么看也不像扬声器本身的电感量。 猜测这个电感数值是综合了扬声器的电气和机械惯性之后等效的电感量。

为了解释上面扬声器的电感奇怪数值，下面使用 NanoVNA[2] 来对扬声器的阻抗进行测量。 在测量之前对NanoVNA进行校正。 这里展示了测量结果。 在频率为45kHz处， 对应的阻抗 大约11.5欧姆，换算成电感约为： 40微亨。与前面SmartTweezer测量有所不同。

▲ 图1.2.2 使用NamoVNA测量扬声器的结果

三、单管振荡器

1、实验现象

在博文《 单个晶体管形成的奇怪振荡电路[1] 》 中描述了一个奇怪单晶体管振荡电路。 从电路图上来看，这个电路似乎无法产生振荡信号。估计第一个看到这个电路的人都会会心的一笑， 如果它能够振荡这就是天大的笑话。 好吧，下面重新搭建这个电路测试一下。

▲ 图1.3.1 实验电路

电路中的晶体管使用S9018， 通过晶体管参数测量模块测试它的主要参数。 在面包板上搭建这个简单测试电路。 通电之后，立即可以听到扬声器中发出的蜂鸣声音。

通过示波器测量扬声器两端的电压信号波形。 通过两个脉冲之间时间长度， 可以判断对应的频率为1.7kHz， 这就是蜂鸣声音的频率。 脉冲信号内部似乎包含有更高频的振荡信号。 拉宽示波器波形， 测量高频信号的频率， 对应了300MHz的频率。我的乖乖， 这个高频信号怎么来的呢?

▲ 图1.3.2 振荡信号

▲ 图1.3.3 振荡波形中的高频信号

2、机理分析

上面测量结果与之前博文实验测试结果是相同的。 那么这个电路是如何振荡的呢? 这里就需要考虑到扬声器的电感效应。 它在高频下，具有电感特性， 它与晶体管分布电容形成LC三点式振荡电路。 此时高频振荡电路中的三极管输入具有负阻抗特性。这个负阻抗特性是由振荡信号在三极管BE之间的PN结整流作用产生的。在这里就不进行详细讨论了。

晶体三极管基极对发射极之间具有一定的负阻抗特性， 这就可以在前面R1,C1组成的串联电路引起间歇振荡。 这个震荡引起三极管偏置电压的波动， 进而使得前面高频振荡器出现间歇式震荡。扬声器将间歇振荡 信号转换成蜂鸣声音信号。

▲ 图1.3.4 间歇振荡器

关于负阻抗特性能够引起RC电路间歇振荡， 可以参考这种单节晶体管振荡电路。 单结晶体管的输入端在一定偏压下具有负阻抗特性， 前面连接的RC分压电路， 便可以形成这种间歇振荡信号。 这种情况造成的振荡， 在很多情况下都会出现。

比如在博文“氖泡振荡器”中， 氖泡击穿过程就是具有负阻抗特性。 它连接一个阻容电路也可以构成振荡电路。 这个诡异的单管振荡电路也是利用了三极管BE之间的PN结反向击穿时对应的负阻抗特性。

▲ 图1.3.5 单管振荡电路

※ 总结 ※

本文测试了一个扬声器的特性，它的输入包括有电阻和电感。 通过它搭建了一个单管振荡器。 形成了间歇式的高频振荡。 将扬声器替换成一个3毫亨的电感，也可以形成这种间歇式震荡。 由此说明了前面振荡器利用了喇叭的电感特性。 理解这种特性，在将来设计喇叭放大电路时需要避免高频振荡的产生。

▲ 图2.1 利用电感也能够产生间歇式振荡器

审核编辑：汤梓红