多諧振蕩器

“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。

在脈衝技術中，經常需要一個脈衝源，以滿足數碼的運算、信息的傳遞和系統的測試等用途的需要。多諧振蕩器就是脈衝源中比較常見的一種。它的輸出波形近似於方波，所以也稱之為方波發生器。由於方波是由許許多多不同頻率的正弦波所組成，因此取得了“多諧”的稱呼。

一般來講，象三角波、斜波、鋸齒波和方波等非線性波型發生器，是由下述三部分構成：積分器(又稱之為定時電路),比較器和邏輯電路。如圖1的方框圖所示。這三部分的作用可以僅由一個或兩個集成運算放大器來完成。

這個電路的特點是:

1、適於在音頻範圍內，對於在某個固定

頻率下應用,

2、改變R:可以調整頻率,

3、頻率的穩定性主要取決於電容C和齊納二極體的穩定性，所以即使是採用便宜的元器件也能得到頻率漂移相當小的多諧振蕩器,②

用門電路設計多諧振蕩器最簡單的辦法是用奇數個門首尾相連。但這種振蕩器精度低，振蕩頗率也不能隨心所欲的設計，它只是與奇數個門的延遲時間有關。阻容定時的多諧振蕩器結構簡單，定時精度高，振蕩頻率可以自由進行設計。

圖1(a)為阻容定時的多諳振蕩器電路圖,GA、GB為CMOS反相器,R1、C1為定時元件,Rs為串聯電阻。圖1(b)是其各點的波形圖，工作過程可用圖2所示電路來說明。當接通電源后,⑧點電位上升,④點電位亦上升。當④點電位上升到GA門的Vtv電平時,GA被打開,②點跳變到低電平,③點上升到VDD電平。接著C1通過GA的“P”管,R1、C1、GA的“n”管放電，在放電的過程,④點電位按R1、C1的時間常數下降，當④點電位下降到VRA電平時,G門被關閉,②點跳變到接近VDD的電平,⑧點跳變到接近0V、④點電位跳變到(VRA一VDD)的電平上。接著C1通過G,的“p”管、C1、R1、GA的“n”管充電。就這樣振蕩下去。在③點和②點得到互補的輸出波形。

晶體管多諧振蕩器(以下簡稱雙穩)多用於電子計算機、電子交換器等數字裝置，或者是計數器、數字電壓表等測量儀器中。

作為雙穩電路，厄克勒斯一約旦(Eocles-oJrdan)型電路與電流開關型電路有很大不同，由於其電路結構簡單、耗電量少等原因，除高速工作的情況外，幾乎都採用厄克勒斯一約旦型電路。

555定時器是一種模擬和數字功能相結合的中規模集成器件，該器件成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現多種功能。由於電路簡單可靠，因此它被大量用於信號發生器、音響告警電路、電子玩具、家電控制等許多領域。在高校電子技術實驗教學中，555多諧振蕩器實驗是經典必做的內容。

多諧振蕩器還可以由分立元件構成或是集成施密特觸發器組成。

圖說明了典型非穩態多諧振蕩器電路的組態。

基本操作模式此電路運作在以下兩種狀態：

狀態一

Q1導通，Q1的集電極電壓為接近0V，C1由流經R2及Q1_CE的電流放電，由於電容C1提供反電壓，使得Q2截止，C2經由R4及Q1_BE充電，輸出電壓為高（但因C2經由R4充電的緣故，較電源電壓稍低）。

此狀態一直持續到C1放電完成。由於R2提供基極偏置使得Q2導通：此電路進入狀態二

狀態二

Q2導通，Q2的集電極電壓（即是輸出電壓）由高電位變為接近0V，由於電容C2提供反電壓，使Q1瞬間截止，Q1截止，使得Q1集電極電壓上升到高電位，C1經由R1及Q2_BE充電，C2流經R3以及Q2_CE的電流放電，由於電容C2提供反電壓，使得Q1截止。

此狀態一直持續到直到C2放電完畢，由於R3對Q1基極提供偏置電壓，Q1導通：此電路進入狀態一。

電路啟動過程當電路剛接上電源時，兩個晶體管都是截止狀態。不過，當這兩個晶體管的基極電壓一起上升時，由於晶體管製造過程中不可能把每個晶體管的導通延時控制得一樣，所以必然有其中一個晶體管搶先導通。於是此電路便進入其中一種狀態，而且也保證可以持續振蕩。

振蕩周期粗略的來說，狀態一（輸出高電位）的持續時間與R1、C1相關，狀態二的持續時間與R2、C2相關。因為R1、R2、C1、C2都可以自由配置，因此可以自由決定振壓周期及duty cycle。

不過，在每個狀態的持續時間是由電容在充電開始時的初始狀態（電容兩端的電壓）決定的，而這又與前一個狀態中的放電量有關；前一個階段的放電量又由放電過程中電流通過的電阻R1、R4與放電過程的持續時間決定…。總而言之，在剛啟動電路時，要花費頗長的時間把電容充電（一般而言電容兩端在未啟動時是完全放電的），不過之後的各個階段的持續時間便會變短並趨於穩定。

因為多諧振蕩器是利用電流的充電過程式控制制周期，所以振蕩周期同時也與輸出端流出多諧振蕩器的電流量有關。

由於種種不穩定因素對多諧振蕩器振蕩周期的影響，因此在實作中通常使用更精確的計時集成電路取代單純的多諧振蕩器電路。

又稱為單穩態觸發器。一旦輸入觸發信號，就產生一個已確定的時間間隔的脈衝。多用於展寬脈衝寬度等電路中。所謂觸發信號就好像手槍的扳機一樣，手指一扳就要發射子彈了。

雙穩態多諧振蕩器 又稱為雙穩態觸發器。每當輸入觸發信號，一邊由高電平(H)轉變為低電平(L),另一邊由低電平轉變為高電平。這種狀態一直保持到下一個觸發信號的到來，觸發信號又使兩邊發生翻轉。

右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，硅管的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。選用晶體管時一般希望ICEO盡量小，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定時器複位端4管腳的電壓。圖中555定時器與R1、R2和C組成多諧振蕩器，其複位端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複位端4腳RD的電壓較低，則555處於複位狀態，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複位端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晶體管，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。