使用UJT的弛豫振荡器,555定时器,运算放大器

由于弛豫振荡器不由电感组成,所以在具有弛豫相位噪声要求的全集成电路中得到广泛应用。与LC振荡器相比,张弛振荡器只包含一个储能元件。

振荡波形取决于电路的非线性特性,而不是取决于频率选择元件。因此,这些很容易制作成单片集成电路。

张弛振荡器

弛豫振荡器是非正弦波振荡器,它使用被称为多谐振荡器的电路构建块产生三角形、正方形和脉冲波形。当环路增益大于单位并且反馈是正的,那么产生的输出几乎类似于持续大部分周期时间的正弦波。

在这种状态下,放大器要么处于饱和状态,要么处于切断状态。这些类型的振子称为弛豫振子。

在这种振荡器中,放大器作为高增益放大器在短时间内,然后等待变化发生。因此,振荡的频率并不直接依赖于LC电路的固有频率或相移。

放大器不在电路有源部分的时间间隔决定了振荡的频率。张弛振荡器利用改变状态的器件和RC定时电路产生周期性输出波形。

张弛振荡器的概念

在振荡的一个阶段,一个弛豫振荡器将能量储存在反应元件或组分中,在循环的下一个阶段它逐渐释放能量。

上图说明了弛豫振荡器的概念,其中一个闪光灯泡在一定的时间间隔内周期性地照明。电路布置由电池、电容和5V点火阈值的灯泡组成。

当电容器被充电到球团的放电阈值时,电容器开始放电,并将其储存的能量供应给球团。然后灯泡开始闪烁一段时间,由电容和电阻组合的时间常数给定。

闪光后,电容再次开始充电,这将继续或重复。重复的时间取决于充电和放电的次数。同样的原理也适用于张弛振荡器,因此它是一个重复电路。

弛豫振子分为两类,即锯齿振子和不稳定多振子。在第一种情况下,开关器件的导通使电容器迅速放电,因此输出的总波形实际上只占充电周期。

在不稳定型中,电容器的充电和放电都通过电阻缓慢进行。因此,总输出波形由这两个周期贡献。

UJT张弛振荡器电路

下图说明了使用单结晶体管(UJT)的弛豫振荡器的构造。连接在UJT发射极端的RC组合电路决定了振荡的频率。电阻R1和R2作为限流电阻,如图所示。

UJT张弛振荡器电路

当电路通电直流电压时,UJT保持在OFF状态,电容通过电阻r开始充电。由于UJT的发射端连接到电容,电容电压对UJT的性能影响很大。当跨越电容器的电压成为UJT的峰值电压时,UJT被驱动进入导电模式。

在这一阶段,发射极基极1电阻崩溃,因此电容开始放电。当跨电容的电压成为UJT的谷点电压时,发射极-基极1电阻恢复到高电阻,因此UJT驱动进入截止模式。

因此,电容再次开始充电,这一过程重复,结果在电容上产生如图所示的锯齿波形。

不稳多谐振荡器电路

它是一个产生周期性方波的弛豫振荡器。方波的振幅在一段时间内是恒定的,之后它突然变化到另一个水平,进一步保持恒定,这些突变周期性地发生。

下图为不稳定多转子电路,连续产生方波,无外部信号。它由两个级电阻耦合放大器组成,每个级的输出相互耦合,再生如图所示。

它由两个准稳定状态组成,相关电路在不触发的情况下从一个准状态转换到另一个准状态。

不稳多谐振荡器波形

当给电路供电时,T1导通大于T2(由于两级电路的不对称分量不平衡),即T1的集电极电流大于T2的集电极电流,因此Vc1小于Vc2。

由于这个电压Vc1耦合到T2的基极,T2的集电极电流进一步减小,最终Vc2接近Vcc。这个过程将继续,直到晶体管T1完全ON和T2完全OFF。这是一个准稳定状态在这个状态下C2通过Rc2。

同时电容C1(已充电)通过T1和r1放电,使T2基底突然Vcc。因此,没有电流通过T1的基极,它就停止导电。随着基电流的增加,T2开始导电。

这个过程将持续到T2完全ON和T1完全OFF。这是另一个准稳定态。在整个过程中,电压Vc1和Vc2呈方波状,两者互为补充。

使用Opamp的弛豫振荡器电路

下图显示了一个运算放大器版本的弛豫振荡器,其中输出在运算放大器的两个饱和极限之间来回切换。输出在运算放大器的输出处,这个输出通过电阻R向电容充电。

当给电路供电时,电容开始通过电阻r向Vcc充电。当电容的电压达到运放的触发电压时,运放开关,输出电压反转到相反的饱和极限。

然后通过电阻的电流改变符号和电容开始放松到相反的阈值。运放正输入处的触发阈值电压也发生了变化,当电容电压达到这个阈值时,运放输出的状态再次发生变化。

这个过程将会重复。典型的运放输出电压和通过电容的电压波形如图所示。

使用555定时器的弛豫振荡器电路

利用555定时器可以实现张弛振荡器或非稳态多谐振荡器,其电路如下。输出波形的脉冲宽度取决于RC时间常数。电路连接为,引脚4直接连接到电源;6脚和2脚短接在一起;在引脚3输出被取出。

使用555定时器的弛豫振荡器电路

当电源电压给电路时,电容开始使用电源Vcc进行充电。然后输出在引脚3高(由于开放放电端子)。

当电容电压达到2/3 Vcc时,内部触发器发生变化,放电端短路到地,输出变低。工作频率可以通过改变电阻和电容的值来改变。

通过以这种方式操作555定时器,它没有稳定状态,这仅仅意味着它不能无限期地保持在任何一种状态。因此在输出端可以得到一系列矩形脉冲。

弛豫振荡器的应用

这些振荡器在许多应用中使用,其中一些在下面列出。

  • 示波器
  • 电视接收器
  • 频闪
  • 电子闪光灯
  • 在数字电路中产生时钟信号
  • 用于点燃可控硅基电路和设备

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