【圖】三極管組成的多諧振蕩器基本電路及原理
(2023/11/26 7:00:00)
三極管組成的多諧振蕩器基本電路及原理
三極管組成的多諧震蕩器基本電路及原理
廣義地講來(lái)，凡是輸出信號(hào)含有豐富諧波[頻譜]成分的自激震蕩器都可以稱為多諧波振蕩器。在實(shí)際應(yīng)用中，往往將輸出信號(hào)為方波
的振蕩器稱為多諧振蕩器，這是因?yàn)榉讲ń?jīng)過(guò)傅立葉變換后可以發(fā)現(xiàn)有無(wú)窮多個(gè)正弦波成分。在振蕩器電路設(shè)計(jì)中，只要使用非線性有源器件以及設(shè)置足夠大的正反饋系數(shù)，都可以使電路在“截止”與“飽和”兩種狀態(tài)之間發(fā)生震蕩，輸出沿速度一定的“多諧波”。下面分別列舉幾種多諧振蕩器做簡(jiǎn)要介紹。
以雙 BJT 組成的 50 %占空比多諧波振蕩器
采用將兩級(jí) BJT 組成的單管反相放大器首尾相接的方法，可以很容易設(shè)計(jì)出一個(gè)占空比為 50 ％的方波振蕩器。可以作用于對(duì)定時(shí)要
求不嚴(yán)格的脈沖或時(shí)鐘源。請(qǐng)看圖 3 . 16 :
3 . 2 . 2 . 2 雙三極管組成的多諧振蕩器
如上圖，將兩個(gè)用三極管組建的反向放大器首尾相接，就組成了一個(gè)正反饋震蕩環(huán)。因電容器 Cl 、 C2 的存在，使得頻率越高的分
量相移越小，正反饋越強(qiáng)。顯然回路工作頻率受限于 BJT 的共發(fā)射極截止頻率。將電路兩邊的器件值對(duì)稱選擇，可以輸出 50 ％的方波。電路為什么會(huì)輸出方波而不輸出正弦波呢？假設(shè)某時(shí)刻，上圖中 TR2 的集電極電位因電路熱噪聲的擾動(dòng)而上升，那么這個(gè)電位變化會(huì)立即通過(guò)電容器 C2 的偶合而使得 TRI 的集電極電位同時(shí)下降， TRI 的集電極電位下降又將被 Cl 偶合到 TR2 的基極，使得 TR2 的基極電位下降， Tr2集電極電位上升速度將會(huì)進(jìn)一步增加。因整個(gè)反饋環(huán)路無(wú)選頻特性，強(qiáng)烈的上述正反饋過(guò)程將會(huì)使 TR2 迅速進(jìn)入截止區(qū)， TRI 同時(shí)進(jìn)入飽和導(dǎo)通區(qū)。進(jìn)入飽和或截止區(qū)的時(shí)間基本取決于 BJT 的器件 CE 截止頻率。在（截止｝飽和）過(guò)程中， Cl 將通過(guò) TRI 的 C 、 E 極、 Rb2以及電源組成的回路放電； C2 將通過(guò)電源,RC2、 TR2 的 BE 結(jié)組成的回路充電。一段時(shí)間后 RC2 、 C2TR1 一 BE 結(jié)、電源充電回路達(dá)到最大值， C2中的電流變成零， TR1的集電極電位開(kāi)始上升，并迅速進(jìn)入截止， TR2迅速進(jìn)入飽和。此過(guò)程不斷重復(fù)，形成了周期性震蕩。因電路在結(jié)構(gòu)上對(duì)稱，所以在任何一個(gè) BJT 的集電極上都可以輸出方波信號(hào)，但兩個(gè) BJT 的集電極輸出信號(hào)反相。輸出信號(hào)沿的反轉(zhuǎn)速度取決于 BJT本身的共發(fā)射極截止頻率，在忽略 BJT 進(jìn)入飽和和截止時(shí)的載流子渡越時(shí)間的情況下，選用高截止頻率的 BJT ，那么輸出方波的周期近似為2RC 。若輸出信號(hào)的沿速度不夠快，可以在后級(jí)增加施密特整形電路進(jìn)行緩沖輸出。
三極管組成的多諧震蕩器基本電路及原理
廣義地講來(lái)，凡是輸出信號(hào)含有豐富諧波[頻譜]成分的自激震蕩器都可以稱為多諧波振蕩器。在實(shí)際應(yīng)用中，往往將輸出信號(hào)為方波
的振蕩器稱為多諧振蕩器，這是因?yàn)榉讲ń?jīng)過(guò)傅立葉變換后可以發(fā)現(xiàn)有無(wú)窮多個(gè)正弦波成分。在振蕩器電路設(shè)計(jì)中，只要使用非線性有源器件以及設(shè)置足夠大的正反饋系數(shù)，都可以使電路在“截止”與“飽和”兩種狀態(tài)之間發(fā)生震蕩，輸出沿速度一定的“多諧波”。下面分別列舉幾種多諧振蕩器做簡(jiǎn)要介紹。
以雙 BJT 組成的 50 %占空比多諧波振蕩器
采用將兩級(jí) BJT 組成的單管反相放大器首尾相接的方法，可以很容易設(shè)計(jì)出一個(gè)占空比為 50 ％的方波振蕩器。可以作用于對(duì)定時(shí)要
求不嚴(yán)格的脈沖或時(shí)鐘源。請(qǐng)看圖 3 . 16 :
3 . 2 . 2 . 2 雙三極管組成的多諧振蕩器
如上圖，將兩個(gè)用三極管組建的反向放大器首尾相接，就組成了一個(gè)正反饋震蕩環(huán)。因電容器 Cl 、 C2 的存在，使得頻率越高的分
量相移越小，正反饋越強(qiáng)。顯然回路工作頻率受限于 BJT 的共發(fā)射極截止頻率。將電路兩邊的器件值對(duì)稱選擇，可以輸出 50 ％的方波。電路為什么會(huì)輸出方波而不輸出正弦波呢？假設(shè)某時(shí)刻，上圖中 TR2 的集電極電位因電路熱噪聲的擾動(dòng)而上升，那么這個(gè)電位變化會(huì)立即通過(guò)電容器 C2 的偶合而使得 TRI 的集電極電位同時(shí)下降， TRI 的集電極電位下降又將被 Cl 偶合到 TR2 的基極，使得 TR2 的基極電位下降， Tr2集電極電位上升速度將會(huì)進(jìn)一步增加。因整個(gè)反饋環(huán)路無(wú)選頻特性，強(qiáng)烈的上述正反饋過(guò)程將會(huì)使 TR2 迅速進(jìn)入截止區(qū)， TRI 同時(shí)進(jìn)入飽和導(dǎo)通區(qū)。進(jìn)入飽和或截止區(qū)的時(shí)間基本取決于 BJT 的器件 CE 截止頻率。在（截止｝飽和）過(guò)程中， Cl 將通過(guò) TRI 的 C 、 E 極、 Rb2以及電源組成的回路放電； C2 將通過(guò)電源,RC2、 TR2 的 BE 結(jié)組成的回路充電。一段時(shí)間后 RC2 、 C2TR1 一 BE 結(jié)、電源充電回路達(dá)到最大值， C2中的電流變成零， TR1的集電極電位開(kāi)始上升，并迅速進(jìn)入截止， TR2迅速進(jìn)入飽和。此過(guò)程不斷重復(fù)，形成了周期性震蕩。因電路在結(jié)構(gòu)上對(duì)稱，所以在任何一個(gè) BJT 的集電極上都可以輸出方波信號(hào)，但兩個(gè) BJT 的集電極輸出信號(hào)反相。輸出信號(hào)沿的反轉(zhuǎn)速度取決于 BJT本身的共發(fā)射極截止頻率，在忽略 BJT 進(jìn)入飽和和截止時(shí)的載流子渡越時(shí)間的情況下，選用高截止頻率的 BJT ，那么輸出方波的周期近似為2RC 。若輸出信號(hào)的沿速度不夠快，可以在后級(jí)增加施密特整形電路進(jìn)行緩沖輸出。
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