多諧振蕩器是一種非正弦波振蕩器,它可以產生連續的脈衝信號,是應用較多的振蕩器。多諧振蕩器可由三極體、門電路和時基電路構成。下面介紹三極體、門電路構成的多諧振蕩器。
1.三極體型多諧振蕩器
典型的三極體型多諧振蕩器如圖6-31所示。該電路中,兩個三極體VT1、VT2 的發射極接地,基極、集電極通過電容C1、C2 交叉連接,R2、R3 分別是VT1、VT2 的基極偏置電阻,R1、R4 分別是VT1、VT2 的集電極負載電阻。
圖6-31 典型三極體多諧振蕩器
由於元器件的參數有一定的誤差,並且接線電阻、電容也有所不同,所以VT1、VT2 不可能同時導通,只能是一側導通,另一側截止,所以該電路也就存在這兩個暫穩態。下面分別介紹它們的工作過程。
(1)VT1導通、VT2截止
VT1 導通、VT2 截止時,C1 所充的電壓通過VT1 的集電極和發射極、R2 構成的迴路放電;VCC 通過R4、C2、VT1的發射結構成充電迴路為C2 充電,充電極性為左負、右正。當C1 放電結束後,VCC 通過R2、C1、VT1 的集電極、發射極構成的迴路充電,充電極性為左負、右正。當C1 右端電壓達到0.7V 後,VT2 開始導通。VT2 導通後,C2 兩端電壓通過VT2 的集電極、發射極使VT1 因發射結反偏迅速截止,電路翻轉進入另一個暫穩狀態。
(2)VT2導通、VT1截止
VT2 導通、VT1 截止時,C2 所充的電壓通過VT2 的集電極/發射極、R3 構成的迴路放電;VCC 通過R1、C1、VT2 的發射結構成充電迴路為C1 充電,充電極性為左正、右負。當C2 放電結束後,VCC 通過R3、C2、VT2 的集電極/發射極構成的迴路充電,充電極性為左正、右負。當C2 左端電壓達到0.7V 後,VT1 開始導通。VT1 導通後,C1 兩端電壓通過VT1的集電極、發射極使VT2 因發射結反偏迅速截止,電路再次翻轉,進入另一個暫穩狀態。
重複以上過程,振蕩器工作在多諧振蕩狀態,振蕩周期為T = 0.7(R2C1 + R3C2),由於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。該電路波形如圖6-32所示。
圖6-32 三極體型多諧振蕩器工作波形
2.門電路多諧振蕩器
採用門電路構成的多諧振蕩器要比三極體構成的多諧振蕩器結構簡單、性能穩定,所以門電路構成的多諧振蕩器應用比較廣泛。常見的門電路多諧振蕩器主要是採用非門構成。
(1)普通非門多諧振蕩器
普通非門多諧振蕩器如圖6-33所示。該電路中,D1、D2 是非門,R 為定時電阻,C 為定時電容。B 點(D1 輸出端)和E 點(D2 輸出端)分別輸出相位相反的方波脈衝信號。電路工作過程如下。
圖6-33 普通非門多諧振蕩器
當E = 1 時,由於流過C 的電流可以突變,所以在R 兩端的電壓最大,即A = 1,該電壓通過D1 倒相後使B = 0。隨後,C 充電。C 兩端電壓逐漸升高,充電電流隨充電電壓升高而減小,致使R 兩端電壓減小,A 點電位降低,當A 點電位達到D1 的轉換閾值後,D1 輸出高電平,使B = 1。該電壓使D2 輸出低電平,即E = 0,電路進入另一個暫穩態。
當E = 0 時,由於C 兩端電壓不能突變,所以C 通過D2 和R 構成的迴路放電。隨著放電的不斷進行,A 點電位開始升高,當A 點電位達到D1 的轉換閾值後,D1 輸出低電平,使B = 0。該電壓使D2 輸出高電平,即E = 1,電路進入下一個暫穩態。
重複以上過程,振蕩器工作在多諧振蕩狀態,振蕩周期為T = 1.4RC。該電路波形如圖6-34所示。
圖6-34 非門多諧振蕩器工作波形
(2)改進型非門多諧振蕩器
改進型非門多諧振蕩器如圖6-35所示。該電路中,在非門D1 的輸入端增加了補償電阻R2,可以有效地改善由於電源電壓變化引起的振蕩頻率偏離現象。當R2>10R1時,振蕩周期T = 2.2RC。
圖6-35 改進型非門多諧振蕩器