芯耀
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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(guò)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。
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Abraham
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）。
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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(wú)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(lái)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(shū)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(xiě)的一本模擬電路書(shū)籍。不像其它的教科書(shū)那樣包含著大量的公式，這本書(shū)中則是通過(guò)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。
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《運(yùn)算放大器 -- 應(yīng)用電路設(shè)計(jì)》
開(kāi)始看到這本書(shū)的時(shí)候，就被他的風(fēng)格所吸引。過(guò)去了很多年了，我始終被書(shū)中提到的一個(gè)問(wèn)題所困擾。
在書(shū)中第 24 章，講解無(wú)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(shū)中也提到該電路最早來(lái)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(shū)中談到該電路的缺點(diǎn)是，電源電壓從零開(kāi)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(wèn)題之所以令人迷惑，就是在其它講解該電路的書(shū)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(lái)講，如果上述電路嚴(yán)格對(duì)稱，在電壓逐步升高的過(guò)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(méi)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(guò)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(guò)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(guò)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(shuō)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(lái)說(shuō)，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(guò)上面分析，對(duì)于馬長(zhǎng)清太郎在書(shū)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(wú)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。
