多谐振荡器设计报告

多谐振荡器设计报告

一、实验要求

产生矩形波的频率可以通过电压控制，实现压控振荡。并且在电压调整的过程中波形不会出现振荡、过冲、毛刺等不稳定现象，能够稳定地产生方波。设计报告中应该包括电路截图、仿真截图、仿真分析等实验数据。

二、多谐振荡器相关简介

随着电子产业的发展以及要求,各种稳定的波形产生器成为不可缺少的一部分,而方波是其中比较有代表性的一个波形。方波在各个行业及日常生活中得到了广泛的应用，如电路中的定时器、分频器、脉冲信号发生器等都需要方波产生电路。而多谐振荡器则是一种在接通电源后，就能产生一定频率和一定幅值矩形波的自激振荡器，常作为脉冲信号源。由于多谐振荡器在工作过程中没有稳定状态，故又称为无稳态电路。尽管多谐振荡器有多种电路形式，但它们都具有以下结构特点：电路由开关器件和反馈延时环节组成。开关器件可以是逻辑门、电压比较器、定时器等，其作用是产生脉冲信号的高、低电平。反馈延时环节一般为RC电路，RC电路将输出电压延时后，恰当地反馈到开关器件输入端，以改变其输出状态。

三、实验方案确定

本次实验是通过施密特触发器与晶体管来构成多谐振荡器电路的开关器件，RC电路来构成反馈延时环节,再加入电压控制部分实现振荡频率的控制。

四、实验内容

1、施密特触发器的制作

a、原理图简要分析。电路主要部分为Q2管与Q3管两个导向器相连，再在输入与输出两个端口加上Q1管与Q4管构成的射极跟随器进行隔离，从而得到更好的频率特性，使输出的波形不会出现毛刺、过冲、振荡等不稳定现象，并且在压控电路中不会对其它部分有较大影响。其电路图如下：

b、施密特电路调试。为了使电路能够很好地工作，分析原理图可知，电路的上下门限电压由电阻RC1、RC2、RE决定，而射极跟随器的射极电阻RE1与RE2主要影响电路的输入与输出阻抗，同时对电路的频率特性也有一定的影响。因此，在电路仿真调试的过程可以有目的性的进行元器件参数设置。电路调试的截图如下：

根据调试的参数对电阻值进行设置,再仿真可以得到如下电路仿真波形：

c、施密特触发器原件制作。为了简化电路，使振荡电路的电路图更加清晰方便分析，可以将施密特电路制作成一个电路模块，以至于在振荡电路中可以直接调用。模块制作截图如下：

2、振荡器电路制作

a、原理图简要分析。充电电容为C1，R1与两个晶体管组成的复合管构成充电电阻，并且通过直流电源DC1可以控制充电电阻的大小，进而控制充电时间，达到控制频率的目的。开始时开关晶体管截止C1充电，当C1上的电压达到触发器的上门限电压时，触发器的VO2端由低电平变为高电平，使开关晶体管由截止变为导通，而使C1放电，由于触发器的下门限电压比上门限电压要低，因此，当C1上的电压下降到下门限电压时，触发器的VO2端由高电平变为低电平，使开关晶体管由导通变为截止，使C1再次充电，如此反复下去，从

而在VO2端输出方波，而在VO1端输出三角波。电路中的镜像电流源是为了保证充电电流与放电电流大小一样，使在改变电压DC1调整频率时保证方波的占空比不变。二极管D1与D2是为了让电容放电时不影响电路其它部分，而二极管D3使为了加大开关管的导通电压，使其更好地截止。电路图如下：

b、电路的仿真与调试

由以上的电路原理分析可知，在电压DC1不变的情况下，电阻R1决定充电电路的大小，而电阻R3则决定放电电路的大小，因此，在调试的过程中对电阻R1与R3进行设置可以调整电路的输出方波的占空比，下面为将占空比大约调为50%的调试截图与波形截图。

c、压控仿真

为了检测电路是否能够实行对电压DC1的控制，进一步对输出波形频率的控制，必须进行不同DC1大小的电路仿真，仿真结果表明DC1确实能够控制频率的大小，达到了预期的压控效果。下面为仿真过程中三次结果的截图。

② DC1为10V截图

五、实验总结

在这次实验中我遇到了两个困难。

其一，在制作施密特触发器过程中，首先的电路是直接用两个晶体管导向器，而没有加射极跟随器，从而使施密特的仿真波形出现过冲、毛刺、振荡现象，就算在施密特仿真中调好参数，使输出稳定，但是一但将施密特电路接入振荡电路中，仿真时就会出现上述现象，并且很难调试，就算调好，而一但调波形占空比时又会出现同样的现象，加入射极跟随器隔离后则上述的影响很小。

其二，施密特输出的低电平大约为0.7V左右，如果没有加入二极管D3，那么开关管在低电平是不能完全截止，仿真就得不到输出波形。因此，找出问题后我又在电阻R3上串接一个二极管D3，将截止电压提高到两个PN结的导通电压以下，使在施密特输出低电平

使能够完全截止。

经过这次实验，我对电路仿真软件有了进一步熟悉，特别是在实际电路设计中，同时也加强了我对电路的分析能力，更好的掌握了理论知识，将理论与实际进一步结合。