详解多谐振荡器

详解多谐振荡器


多谐振荡器是一种非正弦波振荡器，它可以产生连续的脉冲信号，是应用较多的振荡器。多谐振荡器可由三极管、门电路和时基电路构成。下面介绍三极管、门电路构成的多谐振荡器。
1.三极管型多谐振荡器
典型的三极管型多谐振荡器如图6-31所示。该电路中，两个三极管VT1、VT2 的发射极接地，基极、集电极通过电容C1、C2 交叉连接，R2、R3 分别是VT1、VT2 的基极偏置电阻，R1、R4 分别是VT1、VT2 的集电极负载电阻。

由于元器件的参数有一定的误差，并且接线电阻、电容也有所不同，所以VT1、VT2 不可能同时导通，只能是一侧导通，另一侧截止，所以该电路也就存在这两个暂稳态。下面分别介绍它们的工作过程。
(1)VT1导通、VT2截止
VT1 导通、VT2 截止时，C1 所充的电压通过VT1 的集电极和发射极、R2 构成的回路放电;VCC 通过R4、C2、VT1的发射结构成充电回路为C2 充电，充电极性为左负、右正。当C1 放电结束后，VCC 通过R2、C1、VT1 的集电极、发射极构成的回路充电，充电极性为左负、右正。当C1 右端电压达到0.7V 后，VT2 开始导通。VT2 导通后，C2 两端电压通过VT2 的集电极、发射极使VT1 因发射结反偏迅速截止，电路翻转进入另一个暂稳状态。
(2)VT2导通、VT1截止
VT2 导通、VT1 截止时，C2 所充的电压通过VT2 的集电极/发射极、R3 构成的回路放电;VCC 通过R1、C1、VT2 的发射结构成充电回路为C1 充电，充电极性为左正、右负。当C2 放电结束后，VCC 通过R3、C2、VT2 的集电极/发射极构成的回路充电，充电极性为左正、右负。当C2 左端电压达到0.7V 后，VT1 开始导通。VT1 导通后，C1 两端电压通过VT1的集电极、发射极使VT2 因发射结反偏迅速截止，电路再次翻转，进入另一个暂稳状态。
重复以上过程，振荡器工作在多谐振荡状态，振荡周期为T = 0.7(R2C1 + R3C2)，由于R2、R3 阻值相同，可以用R 表示，C1、C2 的容量相同，可以用C 表示，所以T = 1.4RC。该电路波形如图6-32所示。

2.门电路多谐振荡器
采用门电路构成的多谐振荡器要比三极管构成的多谐振荡器结构简单、性能稳定，所以门电路构成的多谐振荡器应用比较广泛。常见的门电路多谐振荡器主要是采用非门构成。
(1)普通非门多谐振荡器
普通非门多谐振荡器如图6-33所示。该电路中，D1、D2 是非门，R 为定时电阻，C 为定时电容。B 点(D1 输出端)和E 点(D2 输出端)分别输出相位相反的方波脉冲信号。电路工作过程如下。

当E = 1 时，由于流过C 的电流可以突变，所以在R 两端的电压最大，即A = 1，该电压通过D1 倒相后使B = 0。随后，C 充电。C 两端电压逐渐升高，充电电流随充电电压升高而减小，致使R 两端电压减小，A 点电位降低，当A 点电位达到D1 的转换阈值后，D1 输出高电平，使B = 1。该电压使D2 输出低电平，即E = 0，电路进入另一个暂稳态。
当E = 0 时，由于C 两端电压不能突变，所以C 通过D2 和R 构成的回路放电。随着放电的不断进行，A 点电位开始升高，当A 点电位达到D1 的转换阈值后，D1 输出低电平，使B = 0。该电压使D2 输出高电平，即E = 1，电路进入下一个暂稳态。
重复以上过程，振荡器工作在多谐振荡状态，振荡周期为T = 1.4RC。该电路波形如图6-34所示。

(2)改进型非门多谐振荡器
改进型非门多谐振荡器如图6-35所示。该电路中，在非门D1 的输入端增加了补偿电阻R2，可以有效地改善由于电源电压变化引起的振荡频率偏离现象。当R2>10R1时，振荡周期T = 2.2RC。