多諧振蕩器:集成電路-中文百科頻道

簡介

多諧振蕩器是一種能産生矩形波的自激振蕩器，也稱矩形波發生器。“多諧”指矩形波中除了基波成分外，還含有豐富的高次諧波成分。多諧振蕩器沒有穩态，隻有兩個暫穩态。在工作時，電路的狀态在這兩個暫穩态之間自動地交替變換，由此産生矩形波脈沖信号，常用作脈沖信号源及時序電路中的時鐘信号。

構成

運放構成

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。n一般來講,象三角波、斜波、鋸齒波和方波等非線性波型發生器,是由下述三部分構成:積分器(又稱之為定時電路),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或兩個集成運算放大器來完成。n這個電路的特點是:n1、适于在音頻範圍内,對于在某個固定頻率下應用。n2、改變R:可以調整頻率。n3、頻率的穩定性主要取決于電容C和齊納二極管的穩定性,所以即使是采用便宜的元器件也能得到頻率漂移相當小的多諧振蕩器。

集成門電路構成

用門電路設計多諧振蕩器最簡單的辦法是用奇數個門首尾相連。但這種振蕩器精度低,振蕩頗率也不能随心所欲的設計,它隻是與奇數個門的延遲時間有關。阻容定時的多諧振蕩器結構簡單,定時精度高,振蕩頻率可以自由進行設計。與非門作為一個開關倒相器件，可用以構成各種脈沖波形的産生電路。n

晶體管穩頻的

晶體管多諧振蕩器(以下簡稱雙穩)多用于電子計算機、電子交換器等數字裝置,或者是計數器、數字電壓表等測量儀器中。n作為雙穩電路,厄克勒斯一約旦(Eocles-oJrdan)型電路與電流開關型電路有很大不同,由于其電路結構簡單、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定時器是一種模拟和數字功能相結合的中規模集成器件，該器件成本低，性能可靠，隻需要外接幾個電阻、電容，就可以實現多種功能。由于電路簡單可靠，因此它被大量用于信号發生器、音響告警電路、電子玩具、家電控制等許多領域。在高校電子技術實驗教學中，555多諧振蕩器實驗是經典必做的内容。

其他構成方法

多諧振蕩器還可以由分立元件構成或是集成施密特觸發器組成。

類型

非穩态

圖1說明了典型非穩态多諧振蕩器電路的組态。

基本操作模式此電路運作在以下兩種狀态：

狀态一

Q1導通

Q1的集電極電壓為接近0V

C1由流經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經由R4及Q1_BE充電

輸出電壓為高（但因C2經由R4充電的緣故，較電源電壓稍低）

此狀态一直持續到C1放電完成。由于R2提供基極偏置使得Q2導通：此電路進入狀态二

狀态二

Q2導通

Q2的集電極電壓（即是輸出電壓）由高電位變為接近0V

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經由R2及Q2_BE充電

C2流經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

此狀态一直持續到直到C2放電完畢，由于R3對Q1基極提供偏置電壓，Q1導通：此電路進入狀态一

電路啟動過程當電路剛接上電源時，兩個晶體管都是截止狀态。不過，當這兩個晶體管的基極電壓一起上升時，由于晶體管制造過程中不可能把每個晶體管的導通延時控制得一樣，所以必然有其中一個晶體管搶先導通。于是此電路便進入其中一種狀态，而且也保證可以持續振蕩。

振蕩周期粗略的來說，狀态一（輸出高電位）的持續時間與R1、C1相關，狀态二的持續時間與R2、C2相關。因為R1、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，在每個狀态的持續時間是由電容在充電開始時的初始狀态（電容兩端的電壓）決定的，而這又與前一個狀态中的放電量有關；前一個階段的放電量又由放電過程中電流通過的電阻R1、R4與放電過程的持續時間決定…。總而言之，在剛啟動電路時，要花費頗長的時間把電容充電（一般而言電容兩端在未啟動時是完全放電的），不過之後的各個階段的持續時間便會變短并趨于穩定。

因為多諧振蕩器是利用電流的充電過程控制周期，所以振蕩周期同時也與輸出端流出多諧振蕩器的電流量有關。

由于種種不穩定因素對多諧振蕩器振蕩周期的影響，因此在實作中通常使用更精确的計時集成電路取代單純的多諧振蕩器電路。