多諧波振蕩器

廣義地講，凡是輸出信號(hào)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(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)過傅里葉變換后可以發(fā)現(xiàn)有無窮多個(gè)正弦波成分。

在振蕩電路設(shè)計(jì)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(jí)BJT組成的單管反相放大器首尾相接的方法，組成一個(gè)占空比為50%的方波振蕩器?？梢宰饔糜趯?duì)定時(shí)要求不嚴(yán)格的脈沖或時(shí)鐘源，如下圖所示：

兩級(jí)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(qiáng)?；芈返墓ぷ黝l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。

下面分析一下電路原理 ：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)立即通過電容器C2的耦合而使得TR1的集電極電位同時(shí)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(huì)進(jìn)一步增加。

因反饋環(huán)路無選頻特性，正反饋會(huì)使TR2迅速進(jìn)入截止區(qū)，TR1同時(shí)進(jìn)入飽和導(dǎo)通區(qū)。進(jìn)入飽和或截止的時(shí)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(shí)間后RC2、C2、TR-BE結(jié)電源充電回路達(dá)到最大值，C2中的電流變成零，TR1的集電極電位開始上升，迅速截止，TR2迅速進(jìn)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(duì)稱，在任何一個(gè)BJT的集電極上都可以輸出方波信號(hào)，但輸出信號(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，那么輸出的方波周期近似2RC。若輸出信號(hào)沿的速度不夠快，可以在后級(jí)增加施密特整型電路進(jìn)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(gè)非門的輸入輸出端通過電阻連接，那么因負(fù)反饋?zhàn)饔?，非門的輸入端將會(huì)被偏置在非門的翻轉(zhuǎn)電壓上，此時(shí)的非門變成了一個(gè)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(gè)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(duì)稱的條件下，可以粗算出此多諧振蕩器的輸出信號(hào)周期是Tocs=0.44RC，占空比為50%。電路可以用于對(duì)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(gè)電容器中的一個(gè)，此時(shí)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(yùn)算放大器電路組建的多諧振蕩器

將運(yùn)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(yùn)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(jiǎn)化為T=2RC。

此電路特點(diǎn)：

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(yùn)算放大器組建的多諧振蕩器之二

因C的充放電回路不對(duì)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