中職電子專業(yè)《多諧振蕩器》

多諧振蕩器多諧振蕩器一一產(chǎn)生矩形脈沖波的自激振蕩器。多諧振蕩器一旦起振之后，電路沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)，它們做交替變化，輸出連續(xù)的矩形脈沖信號，因此它又稱作無穩(wěn)態(tài)電路，常用來做脈沖信號源。用555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器電路組成及工作原理圖8.3—1用施密特觸發(fā)器構(gòu)成的多諧振蕩器振蕩頻率的估算（1）電容充電時間T。電容充電時，時間常數(shù)r產(chǎn)（凡+R）C，起始值又（0+）=」V，1 1 12 C 3cc2終了值七C）=vcc，轉(zhuǎn)換值七（孔）=2Vcc，帶入RC過渡過程計算公式進(jìn)行計算：T=tln%(皿一％(0+)1 1 匕(8)(T])VCC-3VCC=t1ln——VCC-3VCC=t]ln2=0.7(R+R2)C（2）電容放電時間T22電容放電時，時間常數(shù)「2=R2c，起始值％（0+）=3Vcc，終了值％C）=0，轉(zhuǎn)換值%（T2）=-3Vcc'帶入RC過渡過程計算公式進(jìn)行計算:L=0.7R2C

((3)電路振蕩周期TT=T]+T2=0.7(R]+2R2)C電路振蕩頻率f1 1.43f=—Z T (R1+2R2)C輸出波形占空比q定義：q=T/T,即脈沖寬度與脈沖周期之比，稱為占空比。0.7(§+R2)C0.7(§+2R2)CR1+2R2占空比可調(diào)的多諧振蕩器電路在圖8.3—1所示電路中，由于電容C的充電時間常數(shù)r1=(R1+R2)C，放電時間常數(shù)r2=R2C，所以T1總是大于T2,vo的波形不僅不可能對稱，而且占空比q不易調(diào)節(jié)。利用半導(dǎo)體二極管的單向?qū)щ娞匦?，把電容C充電和放電回路隔離開來，再加上一個電位器，便可構(gòu)成占空比可調(diào)的多諧振蕩器，如圖8.3.2所示。R1R2R1R2圖8.3-2占空比可調(diào)的多諧振蕩器由于二極管的引導(dǎo)作用，電容C的充電時間常數(shù)r1=R1C，放電時間常數(shù)r*。通過與上面相同的分析計算過程可得T]=0.7R]CT2=0.7R2C占空比：只要改變電位器滑動端的位置，_T^__T 0.7R]C §占空比：只要改變電位器滑動端的位置，q=T—"+T2=0.7R]C+0.7R2C—§+R2就可以方便地調(diào)節(jié)占空比q，當(dāng)R1=R2時，q=0.5,VO就成為對稱的矩形波。石英晶體多諧振蕩器在許多數(shù)字系統(tǒng)中，都要求時鐘脈沖頻率十分穩(wěn)定，例如在數(shù)字鐘表里，計數(shù)脈沖頻率的穩(wěn)定性，就直接決定著計時的精度。在上面介紹的多諧振蕩器中，由于其工作頻率取決于電容C充、放電過程中，電壓到達(dá)轉(zhuǎn)換值的時間，因此穩(wěn)定度不夠高。這是因?yàn)榈谝?，轉(zhuǎn)換電平易受溫度變化和電源波動的影響；第二，電路的工作方式易受干擾，從而使電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換提前或滯后；第三，電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，電容充、放電的過程已經(jīng)比較緩慢，轉(zhuǎn)換電平的微小變化或者干擾，對振蕩周期影響都比較大。一般在對振蕩器頻率穩(wěn)定度要求很高的場合，都需要采取穩(wěn)頻措施，其中最常用的一種方法，就是利用石英諧振器一簡稱石英晶體或晶體，構(gòu)成石英晶體多諧振蕩器。1.石英晶體的選頻特性有兩個諧振頻率。W時，為串聯(lián)諧振，石英晶體的電抗心0；當(dāng)威時，為并聯(lián)諧振，石英晶體的電抗無窮大。由晶體本身的特性決定：f尸f廣4(晶體的標(biāo)稱頻率)石英晶體的選頻特性極好，f十分穩(wěn)定，其穩(wěn)定度可達(dá)10-10?10-11。XA忠感畢'T電容性::I 石英晶體的符號圖8.3-3石英晶體的電抗頻率特性和符號2.石英晶體多諧振蕩器(1)串聯(lián)式振蕩器鳥、R2的作用一一使兩個反相器在靜態(tài)時都工作在轉(zhuǎn)折區(qū)，成為具有很強(qiáng)放大能力的放大電路。對于TTL門，常取6=人2=0.7?2kQ，若是CMOS門則常取弓=人2=10?100MQ；C=C2是耦合電容。石英晶體工作在串聯(lián)諧振頻率fQ下，只有頻率為fQ的信號才能通過，滿足振蕩條件。因此，電路的振蕩頻率=九，與外接元件R、C無關(guān)，所以這種電路振蕩頻率的穩(wěn)定度很高。圖8.3-4石英晶體多諧振蕩器(2)并聯(lián)式振蕩器RF是偏置電阻，保證在靜態(tài)時使^工作轉(zhuǎn)折區(qū)，構(gòu)成一個反相放大器。

晶體工作筋與孔之間，等效一電感，與c2共同構(gòu)成電容三點(diǎn)式振蕩電路。電路的振蕩頻率=f0。反相器G2起整形緩沖作用，同時G2還可以隔離負(fù)載對振蕩電路工作的影響。Rf10MQI 二C1二C15?50pF圖8.3-6多諧振蕩器用作簡易溫控報警電路-1~C2_L20pF圖8.3-5CMOS石英晶體多諧振蕩器多諧振蕩器應(yīng)用實(shí)例1.簡易溫控報警器圖8.3—6是利用多諧振蕩器構(gòu)成的簡易溫控報警電路，利用555構(gòu)成可控音頻振蕩電路，用揚(yáng)聲器發(fā)聲報警，可用于火警或熱水溫度報警，電路簡單、調(diào)試方便。圖中晶體管T可選用鍺管3AX31、3AX81或3AG類，也可選用3DU型光敏管。3AX31等鍺管在常溫下，集電極和發(fā)射極之間的穿透電流/CEO一般在10?50pA，且隨溫度升高而增大較快。當(dāng)溫度低于設(shè)定溫度值時，晶體管T的穿透電流/CEO較小，555復(fù)位端Rd（4腳）的電壓較低，電路工作在復(fù)位狀態(tài)，多諧振蕩器停振，揚(yáng)聲器不發(fā)聲。當(dāng)溫度升高到設(shè)定溫度值時，晶體管T的穿透電流/CEO較大，555復(fù)位端RD的電壓升高到解除復(fù)位狀態(tài)之電位，多諧振蕩器開始振蕩，揚(yáng)聲器發(fā)出報警聲。需要指出的是，不同的晶體管，其/CEO值相差較大，故需改變R1的阻值來調(diào)節(jié)控溫點(diǎn)。方法是先把測溫元件T置于要求報警的溫度下，調(diào)節(jié)R］使電路剛發(fā)出報警聲。報警的音調(diào)取決于多諧振蕩器的振蕩頻率，由元件r2、r3和q決定，改變這些元件值，可改變音調(diào)，但要求R2大于1kQ。2.雙音門鈴圖8.3—7是用多諧振蕩器構(gòu)成的電子雙音門鈴電路。當(dāng)按鈕開關(guān)AN按下時，開關(guān)閉合，VCC經(jīng)D2向C3充電，P點(diǎn)（4腳）電位迅速充至VCC，復(fù)位解除；由于D]將R3旁路，VCC經(jīng)D1、R1、R2向C充電，充電時間常數(shù)為（R]+R2）C，放電時間常數(shù)為r2C，多諧振蕩器產(chǎn)生高頻振蕩，喇叭發(fā)出高音。當(dāng)按鈕開關(guān)AN松開時，開關(guān)斷開，由于電容。3儲存的電荷經(jīng)R4放電要維持一段時間，在P點(diǎn)電位降至復(fù)位電平之前，電路將繼續(xù)維持振蕩；但此時VCC經(jīng)R3、R1、R2向C充電，充電時間常數(shù)增加為（R3+R1+R2）C，放電時間常數(shù)仍為r2C，多諧振蕩器產(chǎn)生低頻振蕩，喇叭發(fā)出低音。當(dāng)電容C3持續(xù)放電，使P點(diǎn)電位降至555的復(fù)位電平以下時，多諧振蕩器停止振蕩，喇叭停止發(fā)聲。調(diào)節(jié)相關(guān)參數(shù)，可以改變高、低