多諧振蕩器

　　利用深度正反饋，通過(guò)阻容耦合使兩個(gè)電子器件交替導(dǎo)通與截止，從而自激產(chǎn)生方波輸出的振蕩器。常用作方波發(fā)生器。

　　多諧振蕩器是一種能產(chǎn)生矩形波的自激振蕩器，也稱矩形波發(fā)生器?！岸嘀C”指矩形波中除了基波成分外，還含有豐富的高次諧波成分。多諧振蕩器沒(méi)有穩(wěn)態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。在工作時(shí)，電路的狀態(tài)在這兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間自動(dòng)地交替變換，由此產(chǎn)生矩形波脈沖信號(hào)，常用作脈沖信號(hào)源及時(shí)序電路中的時(shí)鐘信號(hào)。

　　多諧振蕩器構(gòu)成

　　運(yùn)放構(gòu)成

　　在脈沖技術(shù)中,經(jīng)常需要一個(gè)脈沖源,以滿足數(shù)碼的運(yùn)算、信息的傳遞和系統(tǒng)的測(cè)試等用途的需要。多諧振蕩器就是脈沖源中比較常見(jiàn)的一種。它的輸出波形近似于方波,所以也稱之為方波發(fā)生器。由于方波是由許許多多不同頻率的正弦波所組成,因此取得了“多諧”的稱呼。

　　一般來(lái)講,象三角波、斜波、鋸齒波和方波等非線性波型發(fā)生器,是由下述三部分構(gòu)成:積分器(又稱之為定時(shí)電路),比較器和邏輯電路。如圖1的方框圖所示。這三部分的作用可以僅由一個(gè)或兩個(gè)集成運(yùn)算放大器來(lái)完成。

　　這個(gè)電路的特點(diǎn)是:

　　1、適于在音頻范圍內(nèi),對(duì)于在某個(gè)固定

　　頻率下應(yīng)用,

　　2、改變R:可以調(diào)整頻率,

　　3、頻率的穩(wěn)定性主要取決于電容C和齊納二極管的穩(wěn)定性,所以即使是采用便宜的元器件也能得到頻率漂移相當(dāng)小的多諧振蕩器,

　　②集成門電路構(gòu)成 用門電路設(shè)計(jì)多諧振蕩器最簡(jiǎn)單的辦法是用奇數(shù)個(gè)門首尾相連。但這種振蕩器精度低,振蕩頗率也不能隨心所欲的設(shè)計(jì),它只是與奇數(shù)個(gè)門的延遲時(shí)間有關(guān)。阻容定時(shí)的多諧振蕩器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,定時(shí)精度高,振蕩頻率可以自由進(jìn)行設(shè)計(jì)。

　　圖1(a)為阻容定時(shí)的多諳振蕩器電路圖,GA、GB為CMOS反相器,R1、C1為定時(shí)元件,Rs為串聯(lián)電阻。圖1(b)是其各點(diǎn)的波形圖,工作過(guò)程可用圖2所示電路來(lái)說(shuō)明。當(dāng)接通電源后,⑧點(diǎn)電位上升,④點(diǎn)電位亦上升。當(dāng)④點(diǎn)電位上升到GA門的Vtv電平時(shí),GA被打開(kāi),②點(diǎn)跳變到低電平,③點(diǎn)上升到VDD電平。接著C1通過(guò)GA的“P”管,R1、C1、GA的“n”管放電,在放電的過(guò)程,④點(diǎn)電位按R1、C1的時(shí)間常數(shù)下降,當(dāng)④點(diǎn)電位下降到VRA電平時(shí),G門被關(guān)閉,②點(diǎn)跳變到接近VDD的電平,⑧點(diǎn)跳變到接近0V、④點(diǎn)電位跳變到(VRA一VDD)的電平上。接著C1通過(guò)G,的“p”管、C1、R1、GA的“n”管充電。就這樣振蕩下去。在③點(diǎn)和②點(diǎn)得到互補(bǔ)的輸出波形。

　　晶體管穩(wěn)頻的

　　晶體管多諧振蕩器(以下簡(jiǎn)稱雙穩(wěn))多用于電子計(jì)算機(jī)、電子交換器等數(shù)字裝置,或者是計(jì)數(shù)器、數(shù)字電壓表等測(cè)量?jī)x器中。

　　作為雙穩(wěn)電路,厄克勒斯一約旦(Eocles-oJrdan)型電路與電流開(kāi)關(guān)型電路有很大不同,由于其電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、耗電量少等原因,除高速工作的情況外,幾乎都采用厄克勒斯一約旦型電路。

　　555集成電路組成

　　555定時(shí)器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件，該器件成本低，性能可靠，只需要外接幾個(gè)電阻、電容，就可以實(shí)現(xiàn)多種功能。由于電路簡(jiǎn)單可靠，因此它被大量用于信號(hào)發(fā)生器、音響告警電路、電子玩具、家電控制等許多領(lǐng)域。在高校電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，555多諧振蕩器實(shí)驗(yàn)是經(jīng)典必做的內(nèi)容。

　　其他構(gòu)成方法

　　多諧振蕩器還可以由分立元件構(gòu)成或是集成施密特觸發(fā)器組成。

　　多諧振蕩器類型

　　非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器

　　圖說(shuō)明了典型非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器電路的組態(tài)。

　　非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器電路 基本操作模式此電路運(yùn)作在以下兩種狀態(tài)：

　　狀態(tài)一

　　Q1導(dǎo)通，Q1的集電極電壓為接近0V，C1由流經(jīng)R2及Q1_CE的電流放電，由于電容C1提供反電壓，使得Q2截止，C2經(jīng)由R4及Q1_BE充電，輸出電壓為高(但因C2經(jīng)由R4充電的緣故，較電源電壓稍低)。

　　此狀態(tài)一直持續(xù)到C1放電完成。由于R2提供基極偏置使得Q2導(dǎo)通：此電路進(jìn)入狀態(tài)二

　　狀態(tài)二

　　Q2導(dǎo)通，Q2的集電極電壓(即是輸出電壓)由高電位變?yōu)榻咏?V，由于電容C2提供反電壓，使Q1瞬間截止，Q1截止，使得Q1集電極電壓上升到高電位，C1經(jīng)由R1及Q2_BE充電，C2流經(jīng)R3以及Q2_CE的電流放電，由于電容C2提供反電壓，使得Q1截止。

　　此狀態(tài)一直持續(xù)到直到C2放電完畢，由于R3對(duì)Q1基極提供偏置電壓，Q1導(dǎo)通：此電路進(jìn)入狀態(tài)一。

　　電路啟動(dòng)過(guò)程當(dāng)電路剛接上電源時(shí)，兩個(gè)晶體管都是截止?fàn)顟B(tài)。不過(guò)，當(dāng)這兩個(gè)晶體管的基極電壓一起上升時(shí)，由于晶體管制造過(guò)程中不可能把每個(gè)晶體管的導(dǎo)通延時(shí)控制得一樣，所以必然有其中一個(gè)晶體管搶先導(dǎo)通。于是此電路便進(jìn)入其中一種狀態(tài)，而且也保證可以持續(xù)振蕩。

　　振蕩周期粗略的來(lái)說(shuō)，狀態(tài)一(輸出高電位)的持續(xù)時(shí)間與R1、C1相關(guān)，狀態(tài)二的持續(xù)時(shí)間與R2、C2相關(guān)。因?yàn)镽1、R2、C1、C2都可以自由配置，因此可以自由決定振壓周期及duty cycle。

　　不過(guò)，在每個(gè)狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間是由電容在充電開(kāi)始時(shí)的初始狀態(tài)(電容兩端的電壓)決定的，而這又與前一個(gè)狀態(tài)中的放電量有關(guān);前一個(gè)階段的放電量又由放電過(guò)程中電流通過(guò)的電阻R1、R4與放電過(guò)程的持續(xù)時(shí)間決定…?？偠灾?，在剛啟動(dòng)電路時(shí)，要花費(fèi)頗長(zhǎng)的時(shí)間把電容充電(一般而言電容兩端在未啟動(dòng)時(shí)是完全放電的)，不過(guò)之后的各個(gè)階段的持續(xù)時(shí)間便會(huì)變短并趨于穩(wěn)定。

　　因?yàn)槎嘀C振蕩器是利用電流的充電過(guò)程控制周期，所以振蕩周期同時(shí)也與輸出端流出多諧振蕩器的電流量有關(guān)。

　　由于種種不穩(wěn)定因素對(duì)多諧振蕩器振蕩周期的影響，因此在實(shí)作中通常使用更精確的計(jì)時(shí)集成電路取代單純的多諧振蕩器電路。

　　單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器

　　又稱為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。一旦輸入觸發(fā)信號(hào),就產(chǎn)生一個(gè)已確定的時(shí)間間

　　單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器 隔的脈沖。多用于展寬脈沖寬度等電路中。所謂觸發(fā)信號(hào)就好象手槍的扳機(jī)一樣,手指一扳就要發(fā)射子彈了。

　　雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器

　　雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器 雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器 又稱為雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。每當(dāng)輸入觸發(fā)信號(hào),一邊由高電平(H)轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖?L),另一邊由低電平轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠娖?。這種狀態(tài)一直保持到下一個(gè)觸發(fā)信號(hào)的到來(lái),觸發(fā)信號(hào)又使兩邊發(fā)生翻轉(zhuǎn)。

　　多諧振蕩器應(yīng)用

　　多諧振蕩器在溫控報(bào)警電路中的應(yīng)用

　　右圖是利用多諧振蕩器構(gòu)成的簡(jiǎn)易溫控報(bào)警電路，圖中ICEO是三極管T基極開(kāi)路時(shí)，由集電區(qū)穿過(guò)基區(qū)流向發(fā)射區(qū)的反向飽和電流，稱作穿透電流。ICEO是三極管的熱穩(wěn)定性參數(shù)之一，常溫下，硅管的ICEO比鍺管的ICEO要小;溫度升高，ICEO增 大，且 鍺 管 的ICEO隨 溫 度 升 高 增 大 較 快。選用晶體管時(shí)一般希望ICEO盡量小，但本電路采用穿透電流大，且對(duì)溫度變化敏感的鍺管，利

　　用其ICEO控制555定時(shí)器復(fù)位端4管腳的電壓。圖中555定時(shí)器與R1、R2和C組成多諧振蕩器，其復(fù)位端4腳RD通過(guò)R3接地。常溫下，鍺管穿透電流ICEO較小，一般在10～50μΑ，在3上產(chǎn)生的電壓較低，則555復(fù)位端4腳RD的電壓較低，則555處于復(fù)位狀態(tài)，多諧振蕩器停振。當(dāng)溫度升高或有火警時(shí)，ICEO增大，在R3上產(chǎn)生的電壓升高，使555復(fù)位端4腳RD為高電平，多諧振蕩器開(kāi)始振蕩，揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲。

　　溫控報(bào)警電路不同的晶體管，其ICEO值相差較大，故需改變R3的阻值來(lái)調(diào)節(jié)控溫點(diǎn)。方法是先把測(cè)溫元件T置于要求報(bào)警的溫度下，調(diào)節(jié)R3使電路剛 發(fā)出報(bào)警聲。報(bào)警的音調(diào)取決于多諧振蕩器的振蕩頻率，由元件R1、R2和C決定，改變這些元件值，可改變音調(diào)，但要求R1大于1kΩ。