大家好! 首先,俺声明咱们是共同学习、互相学习,共同进步。由于我的水平有限,谬误难免,欢迎大家批评、指教!希望对大家有所帮助。 以上我们用了22贴来论述“自激多谐振荡器”,是因为这个电路具有典型性,值得我们去分析。 大家来看看如图所示的多谐振荡器的原理图: 在上面的贴中(正反馈电路021)我们分析到了电路在t1时刻进入到Q1截止、Q2饱和的状态。t1时电路将发生一个极短暂的正反馈过程,结果使Q2由截止很快转换为饱和(导通),输出电压Vout(t1)是一个由高电平(Vcc)跃降到低电平(Vce(sat):晶体管的饱和压降约,等于0V)的波形,由于变化很快,几乎看不到示波器的扫描轨迹。 那么随后的过程又是怎么样的呢? 首先我们要明确一下分析的变量是什么。如图所示的电路中我们用ib、ic、ie来表示晶体管的基极电流、集电极电流和发射极电流。请注意,这里的电流是指动态电流。同理,用Ic1、Ic2表示电容的充电电流,-Ic1、-Ic2则表示电容的放电电流。请注意:电容的充电电流、放电电流的方向是相反的;充电电流将时电容器的电压升高、放电电流将使电容的电压下降。我们用ub、uc、ue来表示晶体管的基极、集电极和发射极的动态电位(或动态电压)。这里的电位是指电路中某点相对于参考地(导体)的电压。请注意,电源电压Vcc是一个恒量。即:Vcc网络(net)上是一个直流的电压(或电位)。 好了,我们在明确电路中的变量以后就明确了我们要分析的对象了,就可以进行电路的分析了。 下面我们将分析一下t1时刻以后的过程。 在t1时刻以前,我们是知道的电容C1两端是充有约等于电源电压Vcc的直流电压的(等于Vcc-Vbe(th),Vbe(th)为晶体管的临界导通电压。在这里我们假设Vbe(th)=0.5V )。那么在t1时刻,Q2瞬间饱和,C2、E2之间等效为短路,(C2、E2为Q2的集电极、发射极)。我们知道,E2是接地的。也就是说,t1时电容C1的正极将接地。我们假设t1时以前,C1两端充有4V的电压,其方向如图所示。那么在t1时如上所述,电容C1的正极将接地(等于地电位)。我们知道,电容电压是不能跃变(或不能突变)的,这样呢就使ub1(Q1的基极电位)瞬时降至-4V。也就是说,使Q1在t1时更趋于截止了。 我们把Q1截止、Q2饱和的状态称为“暂稳态”。之所以称为暂稳态是指电路处于这种状态是暂时的,或者说不是稳定的状态。 我们知道,电压是等于电位差的。在t1时,电阻Rb1两端的电压VRb1=4.5V-(-4V)=4.5+4=9.5V,我想这点大家是不难推导的。那么iRb1=VRb1/Rb1就是电容C1的放电电流,我想这点大家也不难推导。但要明确,放电电流使C1两端的电压下降。 我们在来看电容C2。在t1时,Q1等效为开路(C1、E1)之间,那么电源Vcc将通过电阻Rc1和Q2的发射结(B2、E2)对电容C2充电。由于Rc2相对于Rb(基极偏置电阻)来说很小,因此C2的充电过程是相对较快的。使VC2较迅速的上升到约等于电源电压Vcc(VC2=Vcc-Vbe(th)=4.5V-0.5V=4V。Vbe(th)为晶体管的临界导通电压)。 与此同时,C1还是在放电阶段。随着C1的放电,VC1是在下降的,而Vb1则是由负值上升的。到t2时刻,Vb1上升到Q1的临界导通电压Vbe(th),电路将结束Q1截止的状态,进入到下一个正反馈的过程。 有一个现象请大家注意:在t1~t2期间,Q2处于饱和的时间是相对短暂的。也就是说,在此期间的大部分时间,Q2是处于放大状态的。我通过实际测量发现, 此期间的Vout(即Vc2)的波形是由0V(晶体管的饱和压降)按指数规律上升(近似)到约等于1/2Vcc(电路的初始值),并且在t2时发生一个向上的跳跃到Vcc。至于原因,我想大家也不难分析。这主要是Rc1C2时间常数很小,C2的充电过程迅速形成的。 好了,我们继续分析。到了t2时刻,Vb1上升到Vbe(th),Q1导通。Q1导通,ib1增大、ic1增大、Vc1下降、通过C2的耦合使Vb2下降,Vb2下降使ib2下降、ic2随之下降、Vc2上升,通过C1耦合使Vb1上升,使ib1进一步增大,ic1进一步增大,Vc1进一步下降,通过C2的耦合.....。上述的过程是一个正反馈的过程,即t2时刻,电路中由于存在强烈的正反馈,使Q1迅速进入饱和、Q2迅速进入截止。 我们把Q1饱和、Q2截止的状态,也称为一个“暂稳态”。所以在这个电路中存在两个暂稳态,即Q1截止,Q2饱和或Q1饱和,Q2截止。并且知道,这两个暂稳态是互补的。即在电路在发生自激振荡后,两个晶体管Q1和Q2中必有一个是处于截止状态的。 t2时刻以后的过程,我想大家就不难自己分析了。t2时刻以后,电容C2将放电、电容C1则充电。其过程与上述过程类似,不过是扮演的角色相反而已。 到了t3时刻,Vb2上升到Vbe(th),Q2导通,电路又将发生一次正反馈过程。结果使Q2饱和、Q1截止.....。电路就是这样输出一个周期的信号波形Vout。 该电路的振荡周期主要决定于电容、电阻支路的充放电时间常数。有兴趣的朋友可以参考相关的教材、书籍。 水平有限、错误难免。请大家批评、指教! 主要参考书目:《脉冲与数字电路》陈传虞老师主编,高等教育出版社1991年出版。
|