多諧波振蕩器

廣義地講，凡是輸出信號含有豐富諧波成分的自激振蕩都可以稱為多諧波振蕩器。在實際應(yīng)用中，往往將輸出信號為方波的振蕩器稱為多諧振蕩器，這是因為方波經(jīng)過傅里葉變換后可以發(fā)現(xiàn)有無窮多個正弦波成分。

在振蕩電路設(shè)計中，需要使用非線性有源器件及設(shè)置足夠大的正反饋系數(shù)，使電路在“截止”與“飽和”兩種狀態(tài)之間發(fā)生振蕩。

雙BJT組成的50%DUTY_CYCLE多諧波振蕩器

將兩級BJT組成的單管反相放大器首尾相接的方法，組成一個占空比為50%的方波振蕩器?？梢宰饔糜趯Χ〞r要求不嚴(yán)格的脈沖或時鐘源，如下圖所示：

兩級BJT組成的占空比為50%的方波振蕩器

如上圖所示，因電容器C1、C2的存在，頻率越高的分量相移越小，正反饋越強。回路的工作頻率受限于BJT的共發(fā)射極截止頻率。將電路兩邊的器件值對稱選擇，可以輸出50%的方波。

下面分析一下電路原理 ：假設(shè)某時刻，上圖中TR2的集電極電位因電路熱噪聲的擾動而上升，那么這個電位變化會立即通過電容器C2的耦合而使得TR1的集電極電位同時下降，TR1的集電極電位下降又將耦合到TR2的基極，使得TR2基極電位下降，那么TR2的集電極電位上升速度會進一步增加。

因反饋環(huán)路無選頻特性，正反饋會使TR2迅速進入截止區(qū)，TR1同時進入飽和導(dǎo)通區(qū)。進入飽和或截止的時間取決于BJT器件CE的截止頻率。

在（截止/飽和）過程中，C1通過TR1的C、E極、Rb2以及電源組成的回路放電；C2通過電源、RC2、TR1的BE結(jié)組成的回路充電。

一段時間后RC2、C2、TR-BE結(jié)電源充電回路達到最大值，C2中的電流變成零，TR1的集電極電位開始上升，迅速截止，TR2迅速進入飽和。此過程不斷重復(fù)形成了周期震蕩。

因電路在結(jié)構(gòu)上對稱，在任何一個BJT的集電極上都可以輸出方波信號，但輸出信號反相。輸出信號沿的反轉(zhuǎn)速度取決于BJT本身的共發(fā)射極截止頻率，在忽略BJT進入飽和截止時的載流子渡越時間的情況下，選用高截止頻率的BJT，那么輸出的方波周期近似2RC。若輸出信號沿的速度不夠快，可以在后級增加施密特整型電路進行緩沖輸出。

將非門用做放大器組成的多諧振蕩器

若將一個非門的輸入輸出端通過電阻連接，那么因負(fù)反饋作用，非門的輸入端將會被偏置在非門的翻轉(zhuǎn)電壓上，此時的非門變成了一個反向放大器。類似于上面介紹的BJT多諧振蕩器，通過電容器將這兩個非門反向放大器首尾相接，同樣可以組成多諧振蕩器，如下圖所示：

非門組成多諧振蕩器

在器件值對稱的條件下，可以粗算出此多諧振蕩器的輸出信號周期是Tocs=0.44RC，占空比為50%。電路可以用于對精度要求不高的脈沖源。若要求一定頻率，可以用石英晶體代替兩個電容器中的一個，此時電路工作在有選頻網(wǎng)絡(luò)條件下，工作頻率為晶體標(biāo)稱頻率，輸出波形為正弦波。

以運算放大器電路組建的多諧振蕩器

將運算放大器接成正反饋形式，也可以組建多諧振蕩器，如下圖所示：

運算放大器組建多諧振蕩器之一

借助于三要素法則可以算出振蕩周期為2RC*Ln(1+2R2/R1)，R1、R2若選取合適的阻值，使反饋系數(shù)F=0.47，那么振蕩周期可以簡化為T=2RC。

此電路特點：

1.改變R2或者R都可以改變振蕩頻率；

2.振蕩周期與輸出幅度沒有關(guān)系，振蕩頻率的穩(wěn)定性僅取決于電容器和穩(wěn)壓管的器件穩(wěn)定性；

3.占空比50%。

在積分網(wǎng)絡(luò)R內(nèi)串二極管，還可以組成占空比可變的多諧振蕩器：

運算放大器組建的多諧振蕩器之二

因C的充放電回路不對稱，導(dǎo)致占空比可通過Ra、Rb來設(shè)置：

Tpa=RaCLn(1+2R2/R1)

Tpb=RbCLn(1+2R2/R1)

f=1/(Tpa+Tpb)=1/[(Ra+Rb)CLn(1+2R2/R2)]

審核編輯：劉清