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MC1-1227-爱好者小强实验某个电路。接通电源时,近旁的收信机收到了类似鸟鸣的声音。断开电源,鸟鸣消失。小强的电路具备哪种功能?

MC1-1227 考的是爱好者实验里接通电源有鸟鸣、断开电源鸟鸣消失的电路功能:答案是振荡。文章说明振荡靠正反馈自激,起振过程中频率与幅度都在滑动,所以听感像鸟鸣,并对比差拍需要两个信号、检波与变频都必须有输入信号才能成立。

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【题目编号】MC1-1227

【题目】爱好者小强实验某个电路。接通电源时,近旁的收信机收到了类似鸟鸣的声音。断开电源,鸟鸣消失。小强的电路具备哪种功能?

【答案】A

[A]振荡

[B]差拍

[C]检波

[D]变频

考点速览

题目讲的是爱好者小强做的一个实验:给某个电路接通电源,放在近旁的收信机收到了类似鸟鸣的声音;断开电源,鸟鸣立刻消失。问小强的电路具备哪种功能。四个选项是振荡、差拍、检波、变频,答案是振荡。这道题的题眼是"接通电源就有、断开电源就停"这组对照,它指向的是电路自身的自激行为,而不是对外来信号的处理。

自激与频率漂移:鸟鸣声是怎么来的

振荡(oscillation)指的是电路不需要外加交流输入,仅凭直流供电就能持续输出交变信号。要做到这一点必须同时满足两个条件:环路增益不小于一,以及环路的相移为三百六十度的整数倍。前者保证信号一次一次绕圈之后不会衰减掉,后者保证绕回来的信号与出发时同相,能够叠加而不是抵消。两条同时成立,电路就自激起来。

鸟鸣声这个形容不是随便打的比方。振荡器从起振到稳定有一个过程:电源刚接通的瞬间,环路里存在各种频率的微弱扰动,其中满足起振条件的那一部分被反复放大,幅度迅速上升;同时有源器件的工作点被自给偏置(self-bias)或者自动增益环节往回拉,最终稳定在某个输出电平上。在幅度爬升的同时,决定振荡频率的谐振回路和晶体管结电容都在受热影响,频率会先滑一下再稳住。频率在零点几秒的时间里连续滑动,落到收信机的检波或者差拍环节之后,听上去就是一声由低到高或者由高到低的滑音,很像鸟叫。电源一断,能量来源没了,振荡立刻停,声音也就干净利落地消失。

判断是不是振荡,最省事的办法就是看因果关系。被动的功能都得有输入才有输出,输入撤掉,输出跟着没。自激的振荡反过来,输入是直流,输出是交流,断开直流才停。题目给出的正是后者。

逐项辨析

选项 A 对。电路只接了直流电源,却能向空间辐射出收信机可收的信号,输出频率与电源频率无关,只能来自它自身的正反馈环路。电源一断输出立刻停,正好是自激的两个特征,所以这个电路的功能是振荡。

选项 B 差拍需要两个不同频率的信号在场。近旁有一台收信机,但差拍要成立,得有另一个信号与收信机内部的本机信号在非线性器件里相遇。小强只是接通了一个电路,题目没有交代第二个信号从何而来,而鸟鸣声又随电源通断,说明它不是两路信号碰出来的稳定差频。

选项 C 检波处理的是已经带包络的已调信号,把包络取出来。检波器只会跟着输入的起伏走,输入消失,输出就消失,不可能自己发出一串滑动的叫声,更不会在只有直流供电的条件下凭空产生音频。

选项 D 变频同样要有输入信号才谈得上搬移频率。变频器的输出是另一个频段的信号,不是可以听见的声音;即便近旁收信机对它的响应很强,听感上也只会表现为某个稳定的假信号或者噪声抬升,不会表现为一连串音调滑动的鸟鸣。

鸟鸣声的另一种可能:寄生于反馈回路

现实里还有一种容易被混进这道题的现象,值得分清。放大器设计不当,输出端的信号经由电源内阻、地线回路或者空间耦合溜回输入端,幅度够大、相位又合适,放大器就变成了振荡器,输出的是一段持续的单音或者抖动音。这属于寄生振荡(parasitic oscillation),归类上仍然是振荡,只是原本没打算让它振。

与它相对的是自激振荡器,也就是有意做出来的振荡,比如本机振荡器、信号发生器里的振荡源。两者的物理机制一样,都是正反馈把扰动养大,区别只在设计者的意图。本题问电路"具备哪种功能",答案是振荡,至于这个振荡是想要还是不想要的,题目没有问。

应试要点

看到"通电就有、断电就没",先往振荡上想;看到"随外来信号有无而变化",再往差拍、检波、变频那边想。这一条对照能解掉一大类题目。

第二个好用的抓手是频率是否滑动。自激起振的过程里,频率和幅度都在变化,落在听觉上就是滑音、鸟鸣、啾声;而差拍出来的音频取决于两个信号的频率差,在两边都稳定的前提下,听感是稳定的一段音,不会自己上下滑。

最后记牢振荡的两个条件:环路增益不小于一,环路相移为三百六十度整数倍。缺一条就不起振。

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