晶体管多谐振荡器电路解释

晶体管或BJT多谐振荡器是一种以交叉耦合方式配置的两级开关电路。这允许每一个有源BJT级与另一个BJT级再生交叉耦合，因此当另一个开关时，一个开关ON，反之亦然。

这种交叉耦合可以设置成稳定或半稳定的方式。当需要稳定的交叉耦合时，晶体管开关继续处于ON或OFF状态，直到外部信号输入迫使它改变。

一旦电路在半稳定模式下交叉耦合，晶体管最初锁定在ON或OFF位置。然而，经过一些延迟后，如指定的RC时间常数的交叉耦合，晶体管立即得到“解锁”再次。

类型的晶体管多谐振荡器

图1至图4说明了四种最基本类型的晶体管多谐振荡器电路。

1. 双稳态:一个双稳态晶体管多谐振荡器可以用来产生一个固定的ON或OFF输出状态，以响应按下按钮。
2. 不稳定的:在一个不稳多谐振荡器晶体管的开关是交替的，只要电路有电源，这个循环就会无限地持续下去。开关频率由电路的RC元件决定。
3. 单稳态:在一个晶体管单稳态电路时，输出可以通过按相关的触发按钮暂时接通所需的一段时间。延时是由电路的RC定时元件决定的。

图1显示了一个被触发的双稳定(两稳定状态)多谐振荡器的例子，它可以手动触发。

每个晶体管的基偏置通过第二晶体管的集电极得到，当第二晶体管打开时，第一个晶体管关闭，反之亦然。

通过瞬间切断Q1和S1，输出可能被压低;电路将保持这种状态，直到Q2被S2切断。

在这一点上，输出锁定在高状态，只要电路保持通电，这个过程可以重复。

一个单稳态(单一稳定状态)多谐振荡器或单脉冲发生器电路如图2所示。

这种配置的输出通常很低，但是如果Q2与S1暂时关闭，它在一定的时间内会变成高值(由C1和R2的值定义)。

不稳多谐振荡器

一个不稳定(没有稳定状态)的多谐振荡器或自由运行的多谐振荡器方波发生器如图2所示。

R3和C1的值，以及R2和C2的值，定义了方波的开和关时间。

施密特触发器，通常被称为正弦到方波转换器，如图3所示。

晶体管Q2迅速从ON翻转到OFF，反之亦然，当晶体管Q1的基部高于或低于预定义的触发电压阈值。

以下各段更详细地解释上述三种基本晶体管多谐振荡器电路:

晶体管单稳态多谐振荡器

图4所示的触发脉冲发生器是单稳态多谐振荡器电路的一个例子。

通常，R2驱动晶体管Q2进入饱和，导致低输出(来自晶体管Q2的集电极)。

在这种情况下，晶体管Q1通过晶体管Q2的集电极和电阻R4得到基偏置，被关闭，其集电极现在处于100%的电源电压。

当开关S1短暂关闭时，一个START信号作用于Q2。Q2关闭，迫使输出高，并通过R4打开Q1。S1的关闭引起再生开关活动。

当再生反应实现时，C1上的电荷驱动晶体管Q2的基极为负值。

通过R2, C1开始放电。它的电荷最终下降到Q2再次打开的位置，引发了另一个再生反应。

接下来，输出脉冲停止，两个晶体管恢复到原来的状态，完成电路的工作。

因此，当通过短时间关闭开关S1施加一个输入触发信号时，在单稳态多谐振荡器电路的输出端就会产生一个正脉冲。R2和C1的值定义了脉冲周期。

关系式如下:

脉冲周期= -0.7 x R2 x C1

脉冲时间的测量单位是微秒，C的测量单位是微法拉，R的测量单位是千克。简单地激活一个瞬时开关或提供一个输入命令信号都可以触发图2中的电路。

将负脉冲加到Q2基部或将正脉冲加到Q1基部可作为触发信号。

一个机械触发的单稳定多谐振荡器的现实设计如图5-a所示。它可以通过使用瞬时开关S1通过R2向Q1的基极发送一个正脉冲来启动。

电路波形如图5-b所示。当工作时，Q2的基极-发射极结被一个与电源电压水平相等的峰值电压反向偏置，如图5所示。

这意味着，为了避免损坏晶体管，最大电源电压必须限制在9伏左右。

如果硅二极管D1与Q2的基极串联，可以可靠地提供大于Q2的反向基极-发射极击穿值的电源电压，如图5所示。

在图5电路中，时序电阻R3的幅值明显大于R1，但低于R5与Q1的hFE的乘积。

图5中的脉冲时间是50毫秒除以电容C1的值(以微法拉计)。当Cl值如图所示时，脉冲定时输出为5秒。

具有延迟周期的晶体管多谐振荡器

当图5中的Q2被a代替时达林顿晶体管组合后，电路可以给出很长的定时间隔。如图6所示，这种替换导致了一个相对较高的hFE，并允许使用较大的R3值。

通过图6所示的电阻和电容的值，可以通过任何输出电压在+6到+15伏之间的直流电源供电，从而产生大约100秒的脉冲输出长度。

请记住，对于如图5和6所示的手动触发单稳态电路，输入触发信号的长度是至关重要的。

当正向脉冲供给图5中的Q1基极或图6中的Q3基极时，电路被激活。

正如前面提到的，在单稳态多谐振荡器结束其通常的定时周期之前，只要这个脉冲被撤回，周期就会再生地结束。

在单稳仪达到其正常定时周期期间，如果触发信号没有被消除，定时周期将不可再生地结束。

与触发信号提前终止相比，输出脉冲将有更长的持续时间和下降时间。

如何使用波形触发

图7和图8展示了使用输入波形激活单稳态脉冲发生器的两种不同方法。一个具有短暂上升时间的方波输入信号触发每个场景的电路。

由C1和R1组成的微分电路对波形进行微分，从而产生一个短的激活脉冲。

使用图7电路中的二极管D1对差分输入信号进行整流，在引入外部触发信号的情况下，在晶体管Q1基部产生正触发脉冲。

然而，在图8电路中，将差分信号提供给晶体管Q1的栅极。

由于这种设计上的改变，触发信号现在已经独立于Q2。为了优化输出波形的结构，图8中“加速”电容C3与反馈电阻R5并联连接。

根据图7和图8所示的电阻和电容值，两个电路产生的输出脉冲持续时间约为110微秒。

通过适当的电容C2和电阻R4的值，这个持续时间可以通过一微秒到几秒来调整。

当由施密特触发器或等效正弦波到方波转换电路调节时，图7和图8中的电路可以通过正弦波或其他非矩形波激活。

晶体管双稳态多谐振荡器电路

图9显示了机械触发双稳态多谐振荡器的现实设计，如图1所示，并在前面进行了解释。

这种电路也被描述为R / S(重置/集)触发器和是一个基本的数字存储器，类似于SPDT开关。

通过简单地锁定开关S2，输出可以被设置为高状态。(换句话说，在Q2的底部施加一个负脉冲。)

电路随后“记住”这种情况，直到S1暂时关闭，将其重置为低状态(这也可以通过对Q1基极施加一个负脉冲来实现)。

这个新的状态会被电路“记住”，直到S2将其重置。只要有电力供应，这个循环就会永远重复下去。

可以在图9的电路中添加两个引导二极管(二极管D1和二极管D2)和伴随部分，以提供一个除以2或计数功能，如图10所示。

当负向触发脉冲供给图10电路时，它切换状态。

电路将在输入频率的1/2处产生一个方波输出信号，例如，输入脉冲是由方波脉冲产生的。

电路产生一对180°的失相输出信号，指定Q1和Q2。CMOS等效双稳态计数器电路的到来基本上消除了这种多谐振荡器设计的离散晶体管组装的要求。

带施密特触发器的晶体管多谐振荡器

的施密特触发器电路是最后一个被探索的多振动器家族成员。

它是一种电压敏感的开关电路，当输入信号超过或低于某一较高或较低阈值时，就切换其输出状态。

Schmitt触发器将正弦波转换为方波，如图11所示。

施密特触发电路是一种发射器耦合配置，它由晶体管Q1的基极和集电极之间的交叉耦合组成，允许再生开关。

通过分流R4，电容C2加速开关速度。直流电压叠加在正弦波输入信号上。(传递到Q1基座的电压由微调电位器R8和电阻R1和R2调节)。

有效的施密特触发器需要一个振幅最小为0.5伏特有效值的正弦波输入信号。R8应该被修改以使方形波输出信号振幅与输入信号振幅的均匀性最大化。

在频率大约到几百赫兹时，施密特触发器作为正弦波到方波转换器工作得很好。

该电路可以产生上升时间只有几微秒的方波输出信号。