多諧振蕩器是一種可以產生矩形波的自激振蕩器,也稱為矩形波發生器。“多”意味著除了基波外,矩形波還包含豐富的高次諧波。多諧振蕩器沒有穩態,只有兩種瞬態。在工作過程中,電路的狀態在這兩種瞬態之間自動交替,從而產生矩形波脈沖信號,這些信號通常用作脈沖信號源和順序電路中的時鐘信號。
多諧振蕩器電路原理
在脈沖技術中,經常需要一個脈沖源,以滿足數碼的運算、信息的傳遞和系統的測試等用途的需要。多諧振蕩器就是脈沖源中比較常見的一種。它的輸出波形近似于方波,所以也稱之為方波發生器。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。
Q1導通后,揚聲器就有電流流過,使它發聲,同時電容C1開始充電,充電電流回路為:Q2發射極→基極→C1→Q1集電極→發射極→電源負極。因為Q1已經飽和導通,所以Q1的集電極和發射極近似短路,電容C1充電的過程很短暫。此時電容C1充電的電壓為左正右負。
當開關S1閉合時,電流通過Q2的發射極→基極→R1→Q1的基極→發射極→電源負極。這樣使Q2開始導通,Q2的集電極輸出的電流使Q1迅速飽和導通。注意:流過Q2基極的電流是一個很小的電流,Q2導通后,發射極-集電極的電流是個稍大的電流,這才是Q1導通的關鍵所在。
電容C1左正右負的電壓使Q2的發射結反偏,Q2關斷。這時電源的電壓通過揚聲器加上電容C1兩端的電壓一起加到R1和Q1的基極,這個電壓開始時是電源電壓2倍,因為R1阻值很大,電容兩端的電壓又因放電而不斷減少,使Q1從開始的飽和退到放大區,隨著電容的電壓減小,它的基極電流也在減小,最后使Q1截止。
電容放電結束后,C1左端電壓又回到初始值。使Q2又開始導通,又進入下一個過程,電路就如此循環工作下去。
整個互補性自激多諧音頻振蕩器的振蕩過程就是如此,振蕩頻率取決于電阻R1,C1的數值;R1與C1的乘積越大,電容C1放電時間越長,振蕩頻率越低,反之振蕩頻率會變高。
運算放大器多諧振蕩器電路
在脈沖技術中,通常需要脈沖源來滿足數字計算、信息傳輸和系統測試的需求。多諧振蕩器是常見的脈沖源之一。它的輸出波形類似于方波,因此也稱為方波發生器。由于方波由許多不同頻率的正弦波組成,因此它是“多諧波”。
一般來說,三角波、斜坡波、鋸齒波、方波發生器等非線性波發生器由以下三部分組成:積分器(也稱為定時電路)、比較器和邏輯電路。如圖1的框圖所示,這三個部分的功能只需一個或兩個集成運算放大器即可完成。
該電路的特點是:
(1)適用于固定頻率范圍內的音頻。
(2)變化R:頻率可調,
(3)頻率的穩定性主要取決于電容器C和齊納二極管的穩定性,因此即使我們使用廉價的元件,也可以獲得頻率漂移相對較小的多諧振蕩器。
集成柵多諧振蕩器電路
設計帶有柵極電路的多諧振蕩器的最簡單方法是端到端連接奇數個柵極。但這種振蕩器精度低,不能隨意設計振蕩速率,只與奇數個門的延遲時間有關。RC定時多諧振蕩器結構簡單,定時精度高,振蕩頻率可自由設計。
圖2(a)是具有RC時序的多諧振蕩器電路。GA和GB是CMOS逆變器,R1和C1是定時元件,Rs是串聯電阻。圖2(b)是各點的波形圖,工作過程由圖2所示電路說明。
當電源打開時,點(8)的電勢上升,點(4)的電位也上升。當點(4)的電位上升到GA門的Vtv電平時,GA被打開,點(2)的電位跳到低電平,點(3)上升到VDD電平。
然后 C1 通過 GA 的“P”管、R1、C1 和 GA 的“n”管放電。在放電過程中,點(4)處的電位根據R1和C1的時間常數而減小。當點 (4) 處的電位降至 VRA 電平時,柵極 G 關閉,點 (2) 處的電位跳至接近 VDD 的水平,點 (8) 處的電位跳至接近 0V 的水平,點 (4) 跳至接近 (VRA-VDD) 的水平。
然后C1通過G,C1,R1的“p”管和GA的“n”管充電。
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