多谐振荡器

第四章 多谐振荡器

正弦波振荡器产生的信号是一个非常光滑的正弦波，而多谐振荡器产生的信号却是一些其他形状的波，比如方波、三角波、锯齿波等，这些波形在电子线路中也具有很大的用途，比如在电子表中，方波是主要的工作波形，而在电视机中，锯齿波则让整个屏幕都发光。

经过本章学习，应该掌握多谐振荡器的工作原理和电路的基本构成。

第一节 电子彩灯

在节日里，用一些闪烁的彩灯来装饰自己的小屋不会是一个坏主意，使用自己制作的彩灯就更有意义了，现在就让我们来做这件有意义的工作吧。

一、1号电路

前面我们注意到，三极管可以用作开关，那么用这些开关来控制彩灯就可以让它亮和灭，关键是这个开关怎样实现自动控制。

电容充电是需要时间的，因此我们可以利用这一点，使灯亮一段时间和灭一段时间，这只需要通过一只电阻来对它充电即可，如图4-1所示。当电容上的电压充得足够高时，将它加在一只三极管的基极就可以使三极管导通，点燃彩灯。当开关接通后，需要过上一段时间才能使发光二极管发光，这延时可是自动的！现在我们已经做成了一个半自动的电路了，要完全实现自动就差—个延时的关灯电路了，下面我们就来实现这一点。

要关断由三极管BGl构成的这个开关，只需要把它基板的电压降低就可以了，于是我们的注意力就集中到如何放掉电容C1中的电荷。我们可以想象用另一只三极管来做—个开关将它的电压放掉，如图4-2所示。在这—个三极管开关的前面同样可以使用一个用电阻和电容做成的延时电路，用来控制灯亮的时间。为了使这个电路在灯亮了之后才起作用，可以将它接在第一个三极管的发射极。

我们来看这个电路是如何工作的。当电源开关接通后，电源通过电阻R1向电容C1充电，于是C1上的电压就会逐渐升高，当高到一个值时，三极管BG1 就图4-1 半自动开关电路 导通了，于是发光二极管LED就点亮。三极管BG1导通，电源就流过BG1的c、e极，然后通过R3向电容 C2充电，C2上的电压逐渐升高，当高到一个值时，三极管BG2就导通了，于是很快就将C1中的电压全放掉了，电压下降了，三极管开关BG1就截止(关断)了，发光二极管LED就灭了，同时不再向C2充电，于是C2通过R4向地放电，电压降低，三极管BG2也截止，这就恢复到最初的状态了。这样的过程周而复始。

山西电子技术　

２００７年第４期　综　述　

单运放多谐振荡器　

顾　群　

（扬州大学后勤管理处，江苏扬州２２５００９）　

摘要：分析了一种由单运算放大器构成、电路中包含二个充放电回路的多谐振荡电路，并对振荡信号的波形和　

输出信号的振荡频率进行了讨论，得到了计算公式；对振荡电路进行了实验分析，测试结果说明了理论分析的正确性。　

关键词：多谐振荡器；运算放大器；双充放电回路　中图分类号：ＴＮ７８２．３　文献标识码：Ａ　

多谐振荡器是一种常用的单元电路，一般可由５５５、门　电路…、运算放大器等构成；由运算放大器构成时，一般是在　

施密特触发器的基础上加上ＲＣ充放电回路Ｌ２　Ｊ　本文则提　

出了另一种由单运放构成的多谐振荡器，电路中通过对二个　ＲＣ回路进行充、放电形成脉冲波形的输出，文中对振荡的原　理和振荡电路的设计进行了讨论。　

ｌ振荡器电路性能分析　

振荡电路见图１，电路中有Ｒｌ、Ｃｌ和Ｒ２、Ｃ２二个充放　

电回路，开机时由于电容二端的电压不能突变，Ｕ　＞Ｕ一，　

输出Ｕｏ＝＋Ｕｏｐｐ。随着对ＣＩ和Ｃ２的充电，Ｕ一的电压不　

断上升，而ｕ　电压不断下降，当二点电压为丁ｌ时，ｕ　＜　

Ｕ一，输出Ｕｏ＝一Ｕｏｐｐ。这时Ｃｌ和Ｃ２又进行反向放电，　

ｕ一的电压不断下升，而ｕ　电压不断上降，当变化到丁２时　

Ｕ　＞Ｕ一，输出Ｕｏ＝＋Ｕｏｐｐ，又重复以上的充电过程。充　

放电的波形见图２。　

图１单运放振荡电路　根据对ＲＣ电路过渡过程的分析可知，充、放电回路中　某点电压从充、放电开始到变化至某一数值ＵＴＨ所需要的　时间可用正式计算［３】：　

一・ｎ　等　㈩　

其中　（０）是该点的起始值，　（ｏ。）是该点充、放电的　

终了值，ｒ为充放电回路的时间常数。　从Ｕ一点的充、放电波形可得到：　

Ｒｌｃ　㈤　

２＝Ｒｌｃｌｌ“　－Ｕ　ｏｚｏ－Ｕｌ　（３）　

由ｕ　点的充、放电波形可得到：　

ｌ：ＲｚＣ２１ｎ—２Ｕ—ｏ￣　一＋Ｕｚ　（４）　

收稿日期：２００６—１１—２１作者顾群女４４岁高级工　ｚｈ　（５）　

三极管多谐振荡器

图1（来自LTspice IV 的例子）

图1是个多谐振荡器电路。电容C1和C2的充电电流和放电电流方向如图2,图3。

图2 C1充放电电流

图3 C2充放电电流

图4中有4个波形，分别如下：

I(C1)： 是流过C1的电流，参考方向与C1的充电方向相同；

I(C2)： 是流过C2的电流，参考方向与C2的放电方向相同；

V(n003)：Q1集电极的电压波形；

V(n002)：Q2集电极的电压波形。

电路的工作过程（从Q1开始向截止转变说起）：

1.C1充电，C2放电：

Q1开始向截止转变时，C1开始充电，充电的速度非常快，在图4中可以看到I(C1)出现了一个向上的尖峰。因为这个充电电流，Q2很快饱和。同时C2也在放电，这个短暂的时间，C2放电电流很大。因为电容C2两端电压不能突变，使Q1基极电压变成-5V，这样Q1就截止。

2.C2放电：

Q1截止，Q2饱和后，C2继续放电，放电电流从Q1集电极经R4，再由C2流向Q2的集电极，因为R4存在，所以这个电流非常小，C2放电也就非常慢。

可能这时候会有个疑问。为啥Q1基极电压是负的，而Q2集电极电压为正，C2的放电电流还会从负电压流向正电压呢？也许可以吧R4和C2看做个简单的RC电路，只不过此时C2有个初值为-5V的电压。

3.C2充电，C1放电：

当C2放完电，Q1电压也变成正的，Q1离开截止区，C2开始充电，C1开始放电，Q2开向截止区去，Q1开始向饱和区去。这和“1.C1充电，C2放电”的情况一样了。 4.C1放电：

过程同C2放电。

图4 相关的电压 电流波形

多谐振荡器:

摘要：分析了各种多谐振荡器的电路结构及工作原理，并利用Multisiml0．0对部分电路进行了

仿真，重点介绍了单稳型多谐振荡器，讨论集成单稳态触发器74121定时元件RC对暂稳态的影

响以及单稳型多谐振荡器的应用。Multisim软件是一种形象化的虚拟仪器电路仿真软件，它能

比较快速地模拟、分析、验证所设计电路的性能，在课堂教学中引入EDA技术，使传统教学环

节与先进的仿真技术相结合，实现授课的生动性和灵活性，增强学生对基本概念的理解，激发学生的学习兴趣，培养并有效提高学生综合分析、应用及创新能力。

关键字：Multisiml0．O；多谐振荡器；555定时器；施密特触发器；环形振荡器

O 引言

在数字系统电路中经常用到多谐振荡器。多谐振荡器是一种自激振荡器，在接通电源以后，

不需要外加触发信号便能自行产生一定频率和一定宽度的矩形波，这一输出波形用于电路中的

时钟信号源。由于矩形波中含有丰富的高次谐波分量，所以习惯上又将矩形波振荡器称为多谐

振荡器。按照电路的工作原理，多谐振荡器大致分为无稳态多谐振荡器和单稳态多谐振荡器。

1 无稳态多谐振荡器

1．1 采用TTL门电路构成的对称式无稳态多谐振荡器

对称式多谐振荡器的典型电路如图1所示，它是由两个反相器Gl、G2经耦合电容C1、C2连接起来的正反馈振荡电路。电路中G1和G2采用SN74LS04N反相器，RFl=RF2=RF，C1=C2=C，振

荡周期T≈1．3RFC，输出波形的占空比约为50％。RF1、RF2的阻值对于LSTTL为470 Ω～3．9kΩ，

对于标准TTL为0．5～1．9kΩ之间。

1．2 采用CMOS门电路构成的非对称式无稳态多谐振荡器

如果把对称式多谐振荡器电路进一步简化，去掉C1和R2，在反馈环路中保留电容C2，电路

仍然没有稳定状态，只能在两个暂稳态之问往复振荡，电路如图2所示。

假定G2输出为1，电容C充电，在充电开始VI1也为1。因此，该电压经Rp力口到G1输入端，