EDA365:多諧振蕩器電路圖大全

2021-01-08 EDA365網

多諧振蕩器:利用深度正反饋,通過阻容耦合使兩個電子器件交替導通與截止,從而自激產生方波輸出的振蕩器。常用作方波發生器。

多諧振蕩器是一種能產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。多諧振蕩器沒有穩態,只有兩個暫穩態。在工作時,電路的狀態在這兩個暫穩態之間自動地交替變換,由此產生矩形波脈衝信號,常用作脈衝信號源及時序電路中的時鐘信號。

多諧振蕩器電路圖(一)

多諧振蕩器在溫控報警電路中的應用

下圖是利用多諧振蕩器構成的簡易溫控報警電路,圖中ICEO是三極體T基極開路時,由集電區穿過基區流向發射區的反向飽和電流,稱作穿透電流。ICEO是三極體的熱穩定性參數之一,常溫下,矽管的ICEO比鍺管的ICEO要小;溫度升高,ICEO增大,且鍺管的ICEO隨溫度升高增大較快。選用電晶體時一般希望ICEO儘量小,但本電路採用穿透電流大,且對溫度變化敏感的鍺管,利用其ICEO控制555定時器復位端4管腳的電壓。

圖中555定時器與R1、R2和C組成多諧振蕩器,其復位端4腳RD通過R3接地。常溫下,鍺管穿透電流ICEO較小,一般在10~50μΑ,在3上產生的電壓較低,則555復位端4腳RD的電壓較低,則555處於復位狀態,多諧振蕩器停振。當溫度升高或有火警時,ICEO增大,在R3上產生的電壓升高,使555復位端4腳RD為高電平,多諧振蕩器開始振蕩,揚聲器發出報警聲。

溫控報警電路不同的電晶體,其ICEO值相差較大,故需改變R3的阻值來調節控溫點。方法是先把測溫元件T置於要求報警的溫度下,調節R3使電路剛發出報警聲。報警的音調取決於多諧振蕩器的振蕩頻率,由元件R1、R2和C決定,改變這些元件值,可改變音調,但要求R1大於1kΩ。

多諧振蕩器電路圖(二)

電路組成及工作原理

下面圖3-1時基於555的多諧振蕩器連接圖

多諧振蕩器的工作原理

多諧振蕩器是一種自激振蕩電路。因為沒有穩定的工作狀態,多諧振蕩器也稱為無穩態電路。其工作原理時這樣的:在剛接同電源時,由於電容C1兩端的電壓不能突變,使集成電路A的2腳電壓為0V,這一低電壓加到電壓比較器D的同相輸入端,使電壓比較器D輸出低電平,該低電平加到與非門B的一個輸入端,這樣,輸出端Q輸出高電平,即多諧振蕩器輸出電壓U0為高電平,通電之後,直流電壓+V通過電阻R1和R2對電容C1充電,由於電容C1的充電要有一個過程,在C1兩端的電壓沒有充到一定程度時,電路保持輸出電壓U0為高電平狀態,這是一個暫穩態。

隨著對電容C1充電的進行,(C1上的充電電壓極性為上正下負),當C1上的電壓達到一定程度時,集成電路A的6腳電壓為高電平,該高電平加到內電路中的電壓比較器C的反相輸入端,使比器C輸出低電平,該低電平加到與非門A的一個輸入端,使RS觸發器翻轉,即為Q端輸出低電平,即U0為低電平,Q非為高電平,從圖中所示波形中可看出,此時U0已從高電平翻轉到低電平。

Q非為高電平後,該高電平經過電阻RS加到VT1基極,使VT1飽和導通,由於VT1導通後集電極和發射極之間的內阻減小,這樣電容C1上充到的上正下負電壓開始放電,其放電迴路是:C1的上端——R2——集成電路A的7腳——VT1集電極——VT1發射極——地端——C1的下端,在這放電的過程中,多諧振蕩器保持U0為低電平狀態,隨著C1的放電,C1上的電壓在下降,當C1上的電壓下降到一定程度時,使集成電路的2腳電平很低,即電壓較器D的同相輸入端電壓很低,使比較器D輸出低電壓,該低電壓加到與非門B的一個輸入端,使RS觸發器再次翻轉,翻轉到Q為高電平的暫穩態,即U0為高電平,由於Q為高電平,Q非為低電平,使VT1管的基極電壓很小,VT1截止,電容C1停止放電,改變為+V通過電阻R1和R2對電容C1充電,這樣電路進入第2個周期,如此反覆達到振蕩器的作用。

由仿真得該電路輸出波形,如圖3-2所示

多諧振蕩器一旦起振之後,電路沒有穩態,只有兩個暫穩態,它們做交替變化,輸出連續的矩形脈衝信號,因此它又稱作無穩態電路,常用來做脈衝信號源。

多諧振蕩器電路圖(三) 電路及工作原理

電路見下圖。74HC00為四一二輸入端與非門。

如果將二輸入端與非門的一個輸入端接高電平,或者將兩個輸入端短接,則其輸出便與餘下的一個輸入端或兩個短接的輸入端反相,相當於一個反相器。在下圖所示電路中,設IC1A的①腳、IC1B的⑤腳為高電平(K1按下,K2斷開),則IC1A可看作②腳輸入③腳輸出、可看作IC1B④腳輸入⑥腳輸出的反相器,其傳輸特性如右圖所示。

由於R1的負反饋作用,如果②腳電壓較低,③腳輸出高電壓,則通過R1把②腳電平拉高;如果②腳電壓較高、③腳輸出低,則通過R1把②腳電平拉低,結果折衷停在中心點C。輸出100%反饋到輸入,相當於把左下三角形部分按照虛線折到右上角。虛線與傳輸特性的交點C就是反相器的工作點,約等於1/2VCC。C點位於傳輸特性的陡坡中心。本例中,74HC00輸入變化1mV,輸出變化高達1V。

由於IC1③腳和④腳連按,其⑥腳輸出的信號與②腳同相但幅度放大。圖中C1起正反饋作用。只要②腳電壓有微小的波動,如提高0.1mV,則③腳電壓降低100mV,再經IC1B反相,⑥腳輸出電壓升高大於1V,此電壓變化通過C1送回②腳,使②腳電壓繼續升高,直至VCC+0.7V。這時,IC1內部的保護二極體導通,使輸入電壓不能高,反相器工作點停在右圖的D點。

D點位於傳輸特性的水平線上,輸入變化幾乎不影響輸出。此時,IC1的②腳為高電平,③腳為低電平,⑥腳為高電平。電阻R1接在②、③腳之間。③腳是輸出端,內阻很低,②腳是輸入端,內阻極高。②高③低的電位差使得R1上的電流I的方向如左圖所示,放電的起始電壓為VCC+0.7V,放電的最終電壓為0V。

實際放電到C點(1/2VCC)附近,就停止了。放電從VCC+0.7V到1/2VCC約需1.1R1C1=1.1&TImes;(2.2&TImes;l0(6))&TImes;(0.1&TImes;10(-6)≈0.25s。

這時,②腳變低,經過IC1A反相放大→③腳變高→IC1B反相放大→⑥腳快速變低→C1→②腳。正反饋作用持續到②腳電壓降至-0.7V。這時IC1內部的保護二極體導通,使輸入電壓不能低,反相器工作點停在E點。E點在傳輸特性的水平線上,輸入變化幾乎不影響輸出。此時的狀態是②低、③高、⑥低。R1對C1充電。充電起始電壓為-0.7V,充電最終電壓為VCC。

充電從0.7V到1/2VCC約需1.1R1C1=0.25s,然後就停止充電,進入正反饋,轉向工作點D。實際上,電路工作在D、E狀態的時間長,經過C的時間很短,故輸出是個方波,一個周期約0.5s。方波比正弦波諧波多,聽起來比較悅耳。許多音樂片的輸出信號就是由不同頻率的等幅方波組成的。如果幅度能隨音拍變化,就更好聽了。同理,IC1C的(13)腳=高,IC1D⑨、⑩並接,也可以看作兩個反相器,產生周期為0.5ms的方波振蕩。也就是2kHz。因為蜂鳴器的諧振頻率在2kHz左右時電一聲轉換效率最高,聽起來最響。

選擇電容1000pF時電阻約為250kΩ,下圖中將500kΩ電位器調到中心位置附近可找音量最大點。R2也可用240kΩ~270kΩ固定電阻試試。

因為蜂鳴器的電阻約40Ω,IC1的輸出阻抗約1kΩ,故IC1不能直接驅動蜂鳴器,所以要經過Q1進行電流放大。IC1C⑧腳輸出高電平3V,Q1基極導通時電壓為0.7V,R3=1Ω,Q1基極電流為(3-0.7)/1k=2.3mA,Q11放大倍數為50,集電極電流115mA。而40Ω蜂鳴器只需70mA驅動,兩端電壓達2.8V。那麼115-70=45mA的電流又到哪裡去呢了?Q1放大倍數為50,是指Q1在線性放大區內Ic/IB,到了飽和區,IG/IBF降,這時Q1的管壓降很低。

與非邏輯的控制作用:IC1A的①腳平時通過R4接地,③腳輸出恆高,④腳=③腳,⑥腳輸出恆低。(13)腳=⑥腳=低,⑧腳為低,蜂鳴器不響。整個電路耗電極小。

K1按下後,(13)腳高電平,IC1D、IC1C產生2Hz的方波,控制IC1D(13)腳,(13)腳為高電平時,IC1D、IC1C產生2kHz方波通過R3、Q1驅動蜂鳴器;當(13)腳為低電平時,IC1D、IC1C停振,⑧腳輸出低電平,Q1關斷。從而使蜂鳴器發出每秒2次的斷續嘀一嘀聲。IC1B⑤腳平時通過R5接高,正常工作,K2按下後,⑤腳為低,IC1A、IC1B停振。(13)腳=⑥腳恆高,蜂鳴器發出持續的嘀聲。

多諧振蕩器電路圖(四)

如圖所示。該電路以其效率高、驅動能力強而引人注目。它輸出對稱方波,其幅度隨電源電壓Vdd而定。VT5、VT6、R2、R3、C1、C2等構成多諧振蕩器用來推動四隻輸出三極體。輸出電流Io=B(Vdd-1.4)R1.當R1=R4=68歐,Vdd=12V,VT1~VT4的B=20時,Io高達3A.振蕩頻率f約為0.7/R2.C1;當取R2=R3=68k歐,C1=C2=0.22uF時,f≈53Hz。

該電路用途很多,其中之一是用作逆變器。當取Vdd=14V,R1=R4=33歐,則Io≈6A,轉換效率約為40%。在輸出端連接一隻9.5V、5A的電源變壓器的次級繞組,在初級便可獲得有效值約為240V的方波電壓,可帶動一隻40W燈泡。該電路靜態電流由R1和R4決定,R1=R4=68歐時,靜態電流約為0.3A.二極體VD1~VD4用來防止帶感性負載時可能擊穿輸出管。

多諧振蕩器電路圖(五) 多種頻率信號:對稱式多諧振蕩器電路圖

圖:對稱式多諧振蕩器電路圖

多諧振蕩器是一種自激振蕩電路。由於沒有穩定的工作狀態,多諧振蕩器也稱為無穩態電路。具體地說,假如一開始多諧振蕩器處於0狀態,那麼它在0狀態停留一段時間後將自動轉進1狀態,在1狀態停留一段時間後又將自動轉進0狀態,如此周而復始,輸出矩形波。

多諧振蕩器電路圖(六) 高頻振蕩器電路圖:壓控TTL對稱多諧振蕩器電路圖

壓控TTL對稱多諧振蕩器(a)用外接控制電壓VA來控制反相器輸入電壓。電路輸出頻率與VA成正比,有較寬的調節範圍。如VA從1.4V變到1.8V時,振蕩頻率由666KHz變到1.43MHz(b)比(a)電路增加了偏置電阻R1、R2和R3、R4。D1、D2為保護二極體。VA由0V變到10.5V時,頻率由6.54MHz變到4.76MHz。

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