穩(wěn)定的多諧振蕩器電路

Astable多諧振蕩器是自由振蕩器，它在兩種狀態(tài)之間振蕩，不斷產生兩個方波輸出波形

再生開關電路，如Astable Multivibrators是最常用的弛豫振蕩器的類型不僅因為它們簡單，可靠且易于構造而且還能產生恒定的方波輸出波形。

與Monostable Multivibrator或雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器不同，我們在之前的教程中看到了用于操作的“外部”觸發(fā)脈沖，Astable Multivibrator具有自動內置觸發(fā)功能，可在設置和復位兩種不穩(wěn)定狀態(tài)之間連續(xù)切換。

Astable Multivibrator是另一種類型的交叉耦合晶體管開關電路，它具有NO穩(wěn)定輸出狀態(tài)，因為它始終從一種狀態(tài)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)。非穩(wěn)態(tài)電路由兩個開關晶體管，一個交叉耦合反饋網絡和兩個時間延遲電容組成，它們允許兩種狀態(tài)之間的振蕩，無需外部觸發(fā)即可產生狀態(tài)變化。

在電子電路中，非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器也稱為自由運行多諧振蕩器，因為它們不需要任何額外的輸入或外部輔助來振蕩。穩(wěn)定的振蕩器從其輸出或輸出產生連續(xù)的方波（兩個輸出無輸入），然后可用于閃光燈或在揚聲器中產生聲音。

Astable Multivibrator 從一對接地發(fā)射極交叉耦合晶體管產生方波輸出。多諧振蕩器中的兩個晶體管NPN或PNP均偏置為線性工作，并作為具有100％正反饋的公共發(fā)射極放大器工作。

此配置滿足振蕩條件：（βA= 1 <跨度>∠ <跨度> 0 0 ）。這導致一級導通“完全導通”（飽和），而另一級導通“完全截止”（截止），在兩個晶體管之間產生非常高水平的相互放大。通過電阻器通過電阻器的放電作用將傳導從一個階段轉移到另一個階段。

基本的穩(wěn)定多諧振蕩器電路

假設晶體管 TR 1 剛剛切換為“OFF”（截止）且其集電極電壓上升朝向 Vcc ，同時晶體管 TR 2 剛剛變?yōu)椤癘N”。電容 C1 的板“A”也向 Vcc 的+6 V電源軌上升，因為它連接到 TR 1 <的集電極/ sub> 現在已被截止。由于 TR 1 處于截止狀態(tài)，因此它不會導通電流，因此負載電阻 R 1 沒有電壓降span>。

電容器的另一端， C1 ，板“B”，連接到晶體管 TR 2 的基極端子和0.6v，因為晶體管 TR 2 正在導通（飽和）。因此，電容 C1 在其極板上具有+5.4伏的電位差（ 6.0 - 0.6v ），從A點到B點。

由于 TR 2 完全打開，電容 C 2 開始通過電阻 R <充電sub> 2 朝 Vcc 。當電容器 C 2 上的電壓上升至0.6v以上時，它將晶體管 TR 1 偏置為導通狀態(tài)。

晶體管 TR 1 的瞬間切換為“ON”，電容器的板“A”最初位于 Vcc 電位，立即降至0.6伏。板“A”上的電壓快速下降導致板“B”上的電壓相等且瞬時下降，因此 C1 的板“B”被拉低至 -5.4v （反向充電）并且此負電壓擺動應用于 TR 2 的基礎，使其“難以”關閉。一個不穩(wěn)定的狀態(tài)

晶體管 TR 2 被驅動為截止，因此電容 C1 現在開始通過電阻 R3以相反方向充電也連接到+6伏電源軌， Vcc 。因此，晶體管 TR 2 的基極現在向正方向向上移向 Vcc ，時間常數等于 C1 x R3 組合。

然而，它永遠不會達到 Vcc 的值，因為一旦達到0.6伏正電壓，晶體管 TR 2 完全“開啟”進入飽和狀態(tài)。此操作再次開始整個過程，但現在電容器 C2 以晶體管 TR 1 為基準，以 -5.4v 通過電阻 R2 充電并進入第二個不穩(wěn)定狀態(tài)。

然后我們可以看到電路在一個不穩(wěn)定狀態(tài)之間交替，其中晶體管 TR 1 為“OFF”且晶體管 TR 2 為“ON”，第二個為不穩(wěn)定，其中 TR 1 為“ON”且 TR 2 以 RC 值確定的速率為“OFF”。只要電源電壓存在，此過程就會一遍又一遍地重復。

輸出波形的幅度與電源電壓 Vcc 大致相同。每個開關狀態(tài)的時間周期由連接在晶體管的基極端子上的 RC 網絡的時間常數確定。由于晶體管同時切換為“ON”和“OFF”，因此任何一個集電極的輸出都是方波，由于電容器為電容器充電，所以角點略有圓角。這可以通過使用更多組件來糾正，我們將在稍后討論。

如果由 C2 x R2 和 C1 x R3 產生的兩個時間常數基極電路相同，標記 - 空間比（ t1 / t2 ）將一對一，使輸出波形在形狀上對稱。通過改變電容， C1，C2 或電阻， R2，R3 標記 - 空間比，因此頻率可以改變。

我們在RC放電教程中看到，電容器兩端的電壓降至電源電壓的一半， 0.5Vcc 等于 0.69時間常數電容器和電阻器組合。然后取出非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器的一側，晶體管 TR 2 為“OFF”的時間長度將等于 0.69T 或0.69乘以 C1 x R3 的時間常數。同樣，晶體管 TR 1 為“OFF”的時間長度將等于 0.69T 或 C2 x R2 ，定義為。

Astable Multivibrators定期時間

其中， R 以Ω為單位， C 以法拉為單位。

通過改變一個 RC 網絡的時間常數，mark-to - 輸出波形的空間比和頻率可以改變，但通常通過同時將 RC 時間常數一起改變，輸出頻率將被改變，保持標記 - 空間比相同一對一。

如果電容器的值 C1 等于電容器的值， C2 ， C1 = C2 以及基極電阻 R2 的值等于基極電阻的值， R3 ， R2 = R3 則總長度時間為多諧振蕩器周期給出b elow為對稱輸出波形。

振蕩頻率

其中， R 是在Ω中， C 以法拉為單位， T 以秒為單位且?以赫茲為單位。

這是已知的作為“脈沖重復頻率”。所以Astable Multivibrators可以從每個晶體管產生兩個非常短的方波輸出波形，或者根據 RC 的時間常數，對稱或非對稱的更長的矩形輸出網絡如下圖所示。

Astable Multivibrator波形

Astable Multivibrator示例No1

Astable Multivibrators電路需要產生一系列頻率為500Hz的脈沖，并帶有標記到 - 空間比為1：5。如果 R2 = R3 =100kΩ，則計算所需的電容值 C1 和 C2 。

并通過重新安排上述公式定期時間，給出1：5的標記 - 空間比所需的電容值是給定為：

4.83nF 和 24.1nF的值分別是計算值，因此我們需要為 C1 和 C2 選擇最接近的首選值，以允許電容容差。事實上，由于與不起眼電容器相關的寬范圍容差，實際輸出頻率可能與實際所需頻率相差±20％（在我們的簡單示例中為400至600Hz）。

如果我們要求輸出非穩(wěn)態(tài)波形不對稱用于定時或門控類型電路等，我們可以手動計算個人的 R 和 C 值我們在上面的例子中所做的組件。但是，當兩個 R 和 C 都相等時，我們可以通過使用表來顯示非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器的計算頻率，從而使我們的生活更輕松一些。 R 和 C 的不同組合或值。例如，

Astable Multivibrator頻率表

預先計算的頻率表對于確定特定對稱的 R 和 C 的所需值非常有用輸出頻率，無需在每次需要不同頻率時重新計算它們。

通過更改兩個固定電阻， R 2 和 R 3 ，用于雙聯電位器和保持電容器的值相同，來自Astable Multivibrators輸出的頻率可以更容易地“調諧”以給出特定的頻率值或補償所用組件的容差。

例如，從上表中選擇 10nF 的電容值。通過使用100kΩ的電位器測量我們的電阻，我們可以得到一個輸出頻率，可以從略高于71.4kHz的頻率完全調節(jié)到714Hz，頻率范圍約為30年。同樣，電容值 47nF 會產生152Hz到15kHz以上的頻率范圍。

Astable Multivibrator示例No2

Astable Multivibrator電路由兩個相等值為3.3uF的定時電容和兩個值為10kΩ的基極電阻構成。如果100kΩ雙電位電位器與兩個電阻串聯，則計算振蕩的最小和最大頻率。

電位計為0％時，基極電阻值等于10kΩ。 / p>

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電位器為100％時，基極電阻值等于10kΩ+100kΩ=110kΩ。

然后，非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器的振蕩輸出頻率可在2.0到22赫茲之間變化。

當選擇電阻值和電容值以確?？煽窟\行時，基極電阻應具有允許晶體管在另一個晶體管“關斷”時完全“導通”的值。例如，考慮上面的電路。當晶體管 TR 2 完全“接通”時，（飽和）電阻 R3 和電阻 R4 <幾乎相同的電壓下降/span>.

如果使用的晶體管有一個電流增益，β為100且集電極負載電阻， R4 等于1kΩ因此，最大基準電阻值為100kΩ。任何更高的晶體管可能不會完全“導通”，導致多諧振蕩器產生不穩(wěn)定的結果或根本不振蕩。同樣，如果基極電阻的值太低，晶體管可能不會“關閉”，多諧振蕩器也不會振蕩。

輸出信號可以從任一晶體管的集電極端子獲得。 Astable Multivibrators電路，每個輸出波形都是自身的鏡像。我們在上面看到，由于交叉耦合電路中電容的充電特性，輸出波形的前沿略呈圓形而不是方形。

但我們可以在電路中引入另一個晶體管產生幾乎完美的方形輸出脈沖，也可用于切換較高電流負載或低阻抗負載，如LED或揚聲器等，而不會影響實際非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器的運行。然而，這方面的缺點是輸出波形不是完全對稱的，因為附加晶體管產生非常小的延遲。考慮下面的兩個電路。

Astable Multivibrators驅動電路

帶有a的輸出方形前沿現在由第三個晶體管產生， TR 3 連接到晶體管的發(fā)射極， TR 2 。該第三晶體管與晶體管 TR 2 一起切換“ON”和“OFF”。我們可以使用這個額外的晶體管來切換發(fā)光二極管，繼電器或從聲音傳感器產生聲音，如揚聲器或壓電發(fā)聲器，如上所示。

負載電阻 Rx 需要適當選擇，以考慮正向電壓降，并將LED電路的最大電流限制在約20mA，或者為揚聲器電路提供約100Ω的總負載阻抗。揚聲器的阻抗小于100Ω。

通過將另一個晶體管 TR 4 連接到另一個晶體管的發(fā)射極電路， TR 1 以類似的方式我們可以產生一個非穩(wěn)態(tài)的多諧振蕩器電路，它將以兩個燈的時間常數確定的速率將兩組燈或LED從一個閃爍到另一個。 span> RC 時序網絡。

在下一篇關于波形和信號的教程中，我們將看看不同類型的Astable Multivibrators用于產生連續(xù)輸出波形的。這些稱為弛張振蕩器的電路在其輸出端產生方波或矩形波，用于時序脈沖或定時信號。這些類型的電路稱為波形發(fā)生器。