非正弦波振荡器

更新时间:2023-01-03 13:30

非正弦波振荡器(nonsinusoidal oscillator)在没有外加激励的条件下,自动地产生非正弦波信号的电路。

构成原理

非正弦波振荡器的电路有负阻型、反馈型两类。

负阻型非正弦波振荡器的构成与反馈型非正弦波振荡器的主要区别在于前者用负阻器件,后者用正反馈放大器。当器件处于负阻区时,电路中发生急剧的电流、电压变化。进入正阻区后,电路中电压、电流的变化相对缓慢。依靠储能元件中储存能量的变化,改变器件有关电阻上的电压,使其脱离正阻区,进入负阻区。然后电路发生又一次电流、电压的急剧变化。器件又处于正阻区。上述状态转换过程不断重复,形成振荡。

反馈型非正弦波振荡器由具有正反馈的放大器加储能元件(电容或电感)和电阻组成的定时电路构成。定时电路既是放大器的负载,又是反馈网络。电子器件在两个极端工作状态之间转换。以晶体管为例,它在饱和与截止两个状态之间来回转换,中间经过放大区。在放大区,电路中发生雪崩式的正反馈过程,波形急剧变化。进入饱和或截止区后,波形变化相对地缓慢,依靠电路储能元件中储存能量的缓慢变化,使器件的偏量电压变化,脱离饱和(或截止)区,进入放大区。在电路中出现又一次雪崩式的正反馈过程,产生相反的工作状态转换。如此循环往复,形成振荡。

上述两种电路在振荡过程中,状态的变化有极快和较缓慢两种情况,故又称为张弛振荡器。

组成

反馈型非正弦波振荡器由下面几部分构成:①由两个分立器件或两个门电路通过电阻电容耦合起来构成正反馈环。②由奇数门(中间可加RC延时网络)构成环形连接。③由一个施密特触发器加一个RC定时电路。定时电路兼作反馈网络。某些单片集成非正弦波振荡器中的定时网络,用可控电流源替代定时电阻;可控电流源又受施密特触发器控制,便成为压控(非正弦波)振荡器。类型有多谐振荡器,三角波与锯齿波振荡器,间歇振荡器和阶梯波振荡器等。

(1)间歇振荡器,由放大器加脉冲变压器组成正反馈环,产生窄脉冲的电路,也称阻塞振荡器。用放大器加RC元件构成正反馈环路,也可产生窄脉冲,但这样的电路不称为间歇振荡器。间歇振荡器中的脉冲变压器除作为正反馈电路外,还可实现阻抗变换和与负载的直流隔离。

(2)多谐振荡器,在无外加激励信号的条件下,产生一定频率和一定脉宽的矩形波振荡器。由于矩形脉冲(见脉冲技术)会有多次谐波,故亦称多谐振荡器。多谐振荡器所产生的信号的高低两种电平持续期相等时,称为方波。图(a)为一由运算放大器构成的典型方波发生器电路图。运算放大器和由R1、R2组成的正反馈电路构成施密特电路;R和C构成定时电路。图(b)所示的为振荡波形,曲线1为运算放大器输出端波形,曲线2为运算放大器反相输入端电容C上的波形。

(3)三角波与锯齿波振荡器将方波电压用积分器积分。便可得到三角波电压;将矩形波电压积分,便可得到锯齿波电压(见脉冲技术)。

锯齿形电流的产生方法和锯齿形电压的产生方法有很大差别。锯齿形电压在积分器的积分电容上形成。锯齿形电流电路的负载是电感线圈,设加到电感量为L的线圈两端的电压为u(t),流过线圈的电流为i(t),因为。当u(t)为矩形电压时,i(t)为锯齿形电流。

(4)阶梯波振荡器,阶梯波信号的形成有两种常见的电路,其一是用多个方波信号合成。如用三个周期比为1:2:4、幅度比也为1:2:4的方波相加,可得到8级阶梯波。另一种是变形的锯齿波电压电路。锯齿波电压电路是对恒定电压积分I阶梯波电压电路是对窄脉冲积分,每一个窄脉冲经积分便产生一个台阶。

应用

在通信、电子测量、雷达、计算机和自动控制系统中,广泛采用各种非正弦信号振荡器,以获得所需脉冲。脉冲测量技术采用的脉冲信号发生器内使用了多谐振荡器等电路,

用电压锯齿波电路产生示波管电子束的水平偏转信号。用电流锯齿波电路产生显像管电子束的偏转信号。阶梯形振荡器用于晶体管特性曲线图示仪中。可控硅整流技术中,采用双基极二极管负阻型窄脉冲发生器产生触发信号。

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