稳定的多谐振荡器电路

Astable多谐振荡器是自由振荡器，它在两种状态之间振荡，不断产生两个方波输出波形

再生开关电路，如Astable Multivibrators是最常用的弛豫振荡器的类型不仅因为它们简单，可靠且易于构造而且还能产生恒定的方波输出波形。

与Monostable Multivibrator或双稳态多谐振荡器不同，我们在之前的教程中看到了用于操作的“外部”触发脉冲，Astable Multivibrator具有自动内置触发功能，可在设置和复位两种不稳定状态之间连续切换。

Astable Multivibrator是另一种类型的交叉耦合晶体管开关电路，它具有NO稳定输出状态，因为它始终从一种状态变为另一种状态。非稳态电路由两个开关晶体管，一个交叉耦合反馈网络和两个时间延迟电容组成，它们允许两种状态之间的振荡，无需外部触发即可产生状态变化。

在电子电路中，非稳态多谐振荡器也称为自由运行多谐振荡器，因为它们不需要任何额外的输入或外部辅助来振荡。稳定的振荡器从其输出或输出产生连续的方波（两个输出无输入），然后可用于闪光灯或在扬声器中产生声音。

Astable Multivibrator 从一对接地发射极交叉耦合晶体管产生方波输出。多谐振荡器中的两个晶体管NPN或PNP均偏置为线性工作，并作为具有100％正反馈的公共发射极放大器工作。

此配置满足振荡条件：（βA= 1 <跨度>∠ <跨度> 0 0 ）。这导致一级导通“完全导通”（饱和），而另一级导通“完全截止”（截止），在两个晶体管之间产生非常高水平的相互放大。通过电阻器通过电阻器的放电作用将传导从一个阶段转移到另一个阶段。

基本的稳定多谐振荡器电路

假设晶体管 TR 1 刚刚切换为“OFF”（截止）且其集电极电压上升朝向 Vcc ，同时晶体管 TR 2 刚刚变为“ON”。电容 C1 的板“A”也向 Vcc 的+6 V电源轨上升，因为它连接到 TR 1 <的集电极/ sub> 现在已被截止。由于 TR 1 处于截止状态，因此它不会导通电流，因此负载电阻 R 1 没有电压降span>。

电容器的另一端， C1 ，板“B”，连接到晶体管 TR 2 的基极端子和0.6v，因为晶体管 TR 2 正在导通（饱和）。因此，电容 C1 在其极板上具有+5.4伏的电位差（ 6.0 - 0.6v ），从A点到B点。

由于 TR 2 完全打开，电容 C 2 开始通过电阻 R <充电sub> 2 朝 Vcc 。当电容器 C 2 上的电压上升至0.6v以上时，它将晶体管 TR 1 偏置为导通状态。

晶体管 TR 1 的瞬间切换为“ON”，电容器的板“A”最初位于 Vcc 电位，立即降至0.6伏。板“A”上的电压快速下降导致板“B”上的电压相等且瞬时下降，因此 C1 的板“B”被拉低至 -5.4v （反向充电）并且此负电压摆动应用于 TR 2 的基础，使其“难以”关闭。一个不稳定的状态

晶体管 TR 2 被驱动为截止，因此电容 C1 现在开始通过电阻 R3以相反方向充电也连接到+6伏电源轨， Vcc 。因此，晶体管 TR 2 的基极现在向正方向向上移向 Vcc ，时间常数等于 C1 x R3 组合。

然而，它永远不会达到 Vcc 的值，因为一旦达到0.6伏正电压，晶体管 TR 2 完全“开启”进入饱和状态。此操作再次开始整个过程，但现在电容器 C2 以晶体管 TR 1 为基准，以 -5.4v 通过电阻 R2 充电并进入第二个不稳定状态。

然后我们可以看到电路在一个不稳定状态之间交替，其中晶体管 TR 1 为“OFF”且晶体管 TR 2 为“ON”，第二个为不稳定，其中 TR 1 为“ON”且 TR 2 以 RC 值确定的速率为“OFF”。只要电源电压存在，此过程就会一遍又一遍地重复。

输出波形的幅度与电源电压 Vcc 大致相同。每个开关状态的时间周期由连接在晶体管的基极端子上的 RC 网络的时间常数确定。由于晶体管同时切换为“ON”和“OFF”，因此任何一个集电极的输出都是方波，由于电容器为电容器充电，所以角点略有圆角。这可以通过使用更多组件来纠正，我们将在稍后讨论。

如果由 C2 x R2 和 C1 x R3 产生的两个时间常数基极电路相同，标记 - 空间比（ t1 / t2 ）将一对一，使输出波形在形状上对称。通过改变电容， C1，C2 或电阻， R2，R3 标记 - 空间比，因此频率可以改变。

我们在RC放电教程中看到，电容器两端的电压降至电源电压的一半， 0.5Vcc 等于 0.69时间常数电容器和电阻器组合。然后取出非稳态多谐振荡器的一侧，晶体管 TR 2 为“OFF”的时间长度将等于 0.69T 或0.69乘以 C1 x R3 的时间常数。同样，晶体管 TR 1 为“OFF”的时间长度将等于 0.69T 或 C2 x R2 ，定义为。

Astable Multivibrators定期时间

其中， R 以Ω为单位， C 以法拉为单位。

通过改变一个 RC 网络的时间常数，mark-to - 输出波形的空间比和频率可以改变，但通常通过同时将 RC 时间常数一起改变，输出频率将被改变，保持标记 - 空间比相同一对一。

如果电容器的值 C1 等于电容器的值， C2 ， C1 = C2 以及基极电阻 R2 的值等于基极电阻的值， R3 ， R2 = R3 则总长度时间为多谐振荡器周期给出b elow为对称输出波形。

振荡频率

其中， R 是在Ω中， C 以法拉为单位， T 以秒为单位且ƒ以赫兹为单位。

这是已知的作为“脉冲重复频率”。所以Astable Multivibrators可以从每个晶体管产生两个非常短的方波输出波形，或者根据 RC 的时间常数，对称或非对称的更长的矩形输出网络如下图所示。

Astable Multivibrator波形

Astable Multivibrator示例No1

Astable Multivibrators电路需要产生一系列频率为500Hz的脉冲，并带有标记到 - 空间比为1：5。如果 R2 = R3 =100kΩ，则计算所需的电容值 C1 和 C2 。

并通过重新安排上述公式定期时间，给出1：5的标记 - 空间比所需的电容值是给定为：

4.83nF 和 24.1nF的值分别是计算值，因此我们需要为 C1 和 C2 选择最接近的首选值，以允许电容容差。事实上，由于与不起眼电容器相关的宽范围容差，实际输出频率可能与实际所需频率相差±20％（在我们的简单示例中为400至600Hz）。

如果我们要求输出非稳态波形不对称用于定时或门控类型电路等，我们可以手动计算个人的 R 和 C 值我们在上面的例子中所做的组件。但是，当两个 R 和 C 都相等时，我们可以通过使用表来显示非稳态多谐振荡器的计算频率，从而使我们的生活更轻松一些。 R 和 C 的不同组合或值。例如，

Astable Multivibrator频率表

Res。	电容值
1nF	2.2nF	4.7nF	10nF	22nF	47nF	100nF	220nF	470nF
1.0kΩ	714.3kHz	324.6kHz	151.9kHz	71.4kHz	32.5kHz	15.2kHz	7.1kHz	3.2kHz	的1.5kHz
为2.2kΩ	324.7kHz	147.6kHz	69.1kHz	32.5kHz	14.7千赫	6.9kHz	3.2kHz	的1.5kHz	691Hz
4.7kΩ上	151.9kHz	69.1kHz	32.3kHz	15.2kHz	6.9kHz	3.2kHz	的1.5kHz	691Hz	323Hz
10kΩ的	71.4kHz	32.5kHz	15.2kHz	7.1kHz	3.2千赫	的1.5kHz	714Hz	325Hz	152Hz
22KΩ	32.5kHz	14.7kHz	6.9kHz	3.2kHz	1.5kHz	691Hz	325Hz	147Hz	69.1Hz
47kΩ的	15.2千赫	6.9kHz	3.2kHz	的1.5kHz	691Hz	323Hz	152Hz	69.1Hz	32.5Hz
100kΩ的	7.1kHz	3.2kHz	的1.5kHz	714Hz	325Hz	152Hz	71.4Hz	32.5Hz	15.2Hz
220KΩ	3.2kHz	的1.5kHz	691Hz	325Hz	147Hz	69.1Hz	32.5Hz	15.2Hz	6.9Hz
470KΩ	的1.5kHz	691Hz	323Hz	152Hz	69.1Hz	32.5Hz	15.2Hz	6.6Hz	3.2Hz
1MΩ	714Hz	325Hz	152Hz	71.4Hz	32.5Hz	15.2Hz	6.9Hz	3.2Hz	1.5Hz

预先计算的频率表对于确定特定对称的 R 和 C 的所需值非常有用输出频率，无需在每次需要不同频率时重新计算它们。

通过更改两个固定电阻， R 2 和 R 3 ，用于双联电位器和保持电容器的值相同，来自Astable Multivibrators输出的频率可以更容易地“调谐”以给出特定的频率值或补偿所用组件的容差。

例如，从上表中选择 10nF 的电容值。通过使用100kΩ的电位器测量我们的电阻，我们可以得到一个输出频率，可以从略高于71.4kHz的频率完全调节到714Hz，频率范围约为30年。同样，电容值 47nF 会产生152Hz到15kHz以上的频率范围。

Astable Multivibrator示例No2

Astable Multivibrator电路由两个相等值为3.3uF的定时电容和两个值为10kΩ的基极电阻构成。如果100kΩ双电位电位器与两个电阻串联，则计算振荡的最小和最大频率。

电位计为0％时，基极电阻值等于10kΩ。 / p>

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电位器为100％时，基极电阻值等于10kΩ+100kΩ=110kΩ。

然后，非稳态多谐振荡器的振荡输出频率可在2.0到22赫兹之间变化。

当选择电阻值和电容值以确保可靠运行时，基极电阻应具有允许晶体管在另一个晶体管“关断”时完全“导通”的值。例如，考虑上面的电路。当晶体管 TR 2 完全“接通”时，（饱和）电阻 R3 和电阻 R4 <几乎相同的电压下降/span>.

如果使用的晶体管有一个电流增益，β为100且集电极负载电阻， R4 等于1kΩ因此，最大基准电阻值为100kΩ。任何更高的晶体管可能不会完全“导通”，导致多谐振荡器产生不稳定的结果或根本不振荡。同样，如果基极电阻的值太低，晶体管可能不会“关闭”，多谐振荡器也不会振荡。

输出信号可以从任一晶体管的集电极端子获得。 Astable Multivibrators电路，每个输出波形都是自身的镜像。我们在上面看到，由于交叉耦合电路中电容的充电特性，输出波形的前沿略呈圆形而不是方形。

但我们可以在电路中引入另一个晶体管产生几乎完美的方形输出脉冲，也可用于切换较高电流负载或低阻抗负载，如LED或扬声器等，而不会影响实际非稳态多谐振荡器的运行。然而，这方面的缺点是输出波形不是完全对称的，因为附加晶体管产生非常小的延迟。考虑下面的两个电路。

Astable Multivibrators驱动电路

带有a的输出方形前沿现在由第三个晶体管产生， TR 3 连接到晶体管的发射极， TR 2 。该第三晶体管与晶体管 TR 2 一起切换“ON”和“OFF”。我们可以使用这个额外的晶体管来切换发光二极管，继电器或从声音传感器产生声音，如扬声器或压电发声器，如上所示。

负载电阻 Rx 需要适当选择，以考虑正向电压降，并将LED电路的最大电流限制在约20mA，或者为扬声器电路提供约100Ω的总负载阻抗。扬声器的阻抗小于100Ω。

通过将另一个晶体管 TR 4 连接到另一个晶体管的发射极电路， TR 1 以类似的方式我们可以产生一个非稳态的多谐振荡器电路，它将以两个灯的时间常数确定的速率将两组灯或LED从一个闪烁到另一个。 span> RC 时序网络。

在下一篇关于波形和信号的教程中，我们将看看不同类型的Astable Multivibrators用于产生连续输出波形的。这些称为弛张振荡器的电路在其输出端产生方波或矩形波，用于时序脉冲或定时信号。这些类型的电路称为波形发生器。