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1、 课 程 设 计题 目 自激多谐振荡闪光灯电路 学生姓名 杨凡 学号 1010064040 所 在 院 (系 ) 陕 西 理 工 学 院 物 电 学 院 专业班级 电子信息科学与技术 102 指导教师 周平和 完成地点 陕西理工学院 2012 年 11 月 15 日陕西理工学院课程设计第 2 页 共 8 页闪光灯电路杨凡（陕西理工学院物电学院电子信息科学与技术 102 班 陕西汉中 723001）指导老师：周平和【摘要】：自激多谐振荡器是一种阻容耦合式的矩形波发生器，矩形波含有丰富的奇次谐波，多谐振荡器由此得名。在习惯上，人们只将阻容耦合式的矩形波发生器称为多谐振荡器，而把采用变压器耦合的强反
2、馈振荡器称为间歇振荡器。 【关键字】：LED、 晶体管、电容、仿真软件LED multivibratorYang fan(Grade10,Class2,Major Electronic Information Science and TechnologyDepartment of Physics,Shannxi University of Technology,Hanzhong,723001)Tutor：Zhouheping 【abstract】 ：Self-exciting multivibrator is a kind of resistance and capacitance coupl
3、ed type rectangular wave generator, rectangular wave contains rich odd harmonics,harmonic oscillator hence the name.in the habit,people will only resistance capacity coupling type rectangular wave generator called multivibrator,and take the transformer coupling of strong feedback oscillator.【keyword
4、s】:LED , transistor proteus陕西理工学院课程设计第 3 页 共 8 页1 引言自激多谐振荡器又称为无稳态振荡电路，这种电路在没有外加触发信号的情况下能够连续的、周期性的产生矩形脉冲，所产生的矩形脉冲是由基波和各次谐波叠加构成的，故将此路称为多谐振荡电路。此电路在生产生活的许多领域中有广泛应用。无稳态电路存在多种形式，本文介绍的是以三极管和电容器为核心元器件的对称的自激多谐振荡器。这种电路没有稳定状态，有电容器的充放电来控制三极管的导通与截止，从而使电路在两个暂态之间自行“振荡” 。2原理图方案：多谐振荡器无须外界触发即能直接产生矩形波，电路也较简单，所以在脉冲和数字系
5、统中得到广泛的应用。这种振荡电路之所以能产生矩形波，主要是因为：电路中有很强的正反馈，各极电压能快速变化并使晶体管进入较深的截止或饱和状态；电路中一般没有选择性很强的谐波滤除电路（或至少在输出端上没有） ，输出信号中谐波成分十分丰富。原理图：图 2.13 自激多谐振荡器的原理3.1 产生自激振荡的原因3.1.1 自激振荡的幅度条件和相位条件 由反馈的一般表达式可知，负反馈放大电路的闭环放大系数可表示如下：Af=A/（1+AF） ，如果 1+AF=0，则 Af 为无穷，此时即使没有输入信号，放大电路仍将有一定的输出信号，说明放大电路产生了自激振荡。因此，负反馈放大电路产生自激振荡的条件是 1+A
6、F=0，即AF=-1。用模值表示| AF |=1.相位表示 arg AF= （ 2n+1) (n=0,1,2,)陕西理工学院课程设计第 4 页 共 8 页阻容耦合单管共射放大电路在中频段时 ，而在低频段和高频段，还将分别产生=180的附加相移。显然，如为两级放大电路，可以产生=0 +90和 =0 90。如果当信号为某个频率0 180的附加相移，而 对 于三 级 放大 电 路，附加相移可达 0 270时，附加相移等于 180 ，假设反馈网络为纯电阻特性，则此时 argAF=180 即可满足自激振荡的相 ,位条件。3.2 自激多谐振荡器原理它是一个典型的分立元件集基耦合多谐振荡器。它有两个晶体管反
7、相器经 RC 电路交叉耦合接成正反馈电路组成。两个电容器交替冲放电使两管交替导通和截止，使电路自动地从一个状态自动翻转到另个状态，形成自激振荡。此电路可由双稳态触发器电路中的两支电阻耦合支路改为电容耦合支路得到。那么双稳态电路就变成没有稳定状态,即多谐振荡电路为无稳电路 。自激振荡电路两边是对称的，接通电源后，两管均应导通。为便于分析，假定因某种因素影响，iC1 有上升趋势，那么就会发生如下的正反馈循环过程：iC1uR1uA1ub2ib2iC2uR4uA2- ib1ub1致使 T1 迅速饱和，VC1 由+EC 突变到接近于零，uA1 为低电平；T2 迅速截止，迫使 BG2 的基极电位 VB2
8、瞬间下 降到接近-EC，uA2 为高电平。此后，一方面 C2 将通过 R4、T1 的 be 结构成的回路充电（电压极性左负右正） ；另一方面，C1 将通过 T1、R1 构成的回路，将本身贮存的电荷（左正右负）逐渐释放。即出现了第一次暂稳态；（BG1 饱和瞬间, , ,于是 BG2 可靠截止.）这样 ub2 逐渐上升，当 ub2 高于晶体三极管导通电压后，将发生如下的正反馈循环：ub2ib2iC2uR4uA2ub1ib1ic1- uA1 uR1致使 T2 迅速导通，VB2 随着 C1 放电而升高到+0.5V，uA2 为低电平；T2 迅速截止，通过正反馈使 BG1 截 止，uA1 为高电平。此后，
9、一方面 C1 将通过 R1、T2 的 be 结构成的回路充电（电压极性左正右负） ，另一方面，C2 将通过 T2、R2 构成的回路放电， ub1 相应提高，即出现第二次暂稳态。当 ub1 高于三极管导通电压后，又发生使 T1 导通，T2 截止的正反馈过程，于是形成振荡。此后不断循环往复,便形成了自激振荡。从 T1、T2 集电极输出的输出电压是矩形脉冲。可以证明，集基耦合多谐振荡电路的振荡周期T0.7R1C10.7R2C21.4RC，T=T1+T2=0.7(RB2*C1+RB1*C2)=1.4RB*C，振荡频率: F=1/T=0.7/RB*C，输出幅度接近电源电压。 （.波形的改善: 可以同单稳
10、态电路,采用校正二极管电路）图 2.1 是带有两个交替发光二极管的晶体管多谐振荡器，由于电路元件左右对称，因此每只二极管发亮时间也相等。该振荡器有两级倒相放大器及相互间用电阻电容器耦合在一起形成正反馈环路而构成的。倒相放大器 1 由晶体管 T1 及它的负载发光二级管 D1 的限流电阻 R1，耦合元件R3，C2 组成；同样倒相放大器 2 由 T2、D2、R4 及 R2、C1 组成。倒相放大器 1 的输出端T1 的集电极经耦合元件 R2、C1 与倒相放大器 2 的输入端 T2 的基极相连，同样 T2 输出信号经 R3、C2 耦合至 T1 的信号输入端，形成两级倒相放大器相互之间强烈的正反馈，产生自
11、激振荡，使 T1、T2 轮流导通或截止，使 D1 和 D2 点亮熄灭，如果示波器观测 T1、T2 集电极输出信号的波形，是占空比为 1:1 的矩形波，见图 1（b） 。R3、C2 和 R2、C1 的时间常数决定多谐振荡器振荡的周期或频率。即陕西理工学院课程设计第 5 页 共 8 页T1=R3C2ln2=0.7R3C2T2=R2C1Ln2=0.7R2C1T=T1+T2=0.7(R3C2+R2C1)通过改变定时电容器 C1、C2 的大小，或微调定时电阻器 R2、R3 的电阻值。若 R3、C2 与R2、C1 不等，将产生在同一周期内两个宽度不等的矩形波，使发光二极管亮灭时间不在均等。两个集电极波形图
12、：图 3.2.1如图 3.2.1 上下分别为 T1、T2 集电极输出波形，其占空比为 1:1.也可以理论计算出， T1=R3C2ln2=0.7R3C2=0.7 304710(6) T2=R2C1ln2=0.7R2C1=0.730k4710(-6) T=T1+T2=0.7(R3C2+R2C1)= 0.760k47 10(-6)它是由于两个电容器交替冲放电使两个晶体管交替导通和截止，使电路自动地从一个状态翻转到另个状态，晶体管的导通使两个发光二级管在等间隔时间中轮流点亮熄灭。若 R3、C2 与R2、C1 不等，将产生同一周期内两个宽度不等的矩形波，是发光二极管的发光不再均等。陕西理工学院课程设计第
13、 6 页 共 8 页图 3.2.2如图 3.2.2 所示，白线图为 T1 集电极的输出波形（即 A1 点电压波形） ，绿线为 T2 集电极输出波形（即 A2 点电压波形） ，两个三极管交替导通与截止。蓝线为 T1 基极的输出波形，红色为 T2 基极输出波形。以 T1 集电极波形为参考看起，上图正如以下的正反馈循环过程：iC1uR1uA1ub2ib2iC2uR4uA2- ib1ub1致使 T1 迅速饱和，VC1 由+EC 突变到接近于零，uA1 为低电平；T2 迅速截止，迫使 BG2 的基极电位VB2 瞬间下 降到接近-EC，uA2 为高电平。3.3 元器件三极管 T1 及 T2 可选用 C18
14、15 或 9014 或开关 3DK 等，三极管的放大系数 应大于 60；电源电压 Ec 为 3V；两个发光二极管；电阻 200 和 30K 的各两个；电容 47u 两个；3.4 电路仿真陕西理工学院课程设计第 7 页 共 8 页在仿真电路中，选器件还比较简单，所以在以后难的电路中要多下功夫，首先掌握电路原理，知道各器件的作用，头脑清楚连接电路图。4 结束语在此设计中，虽然第一次课程设计比较简单，但也有很多问题对于我来说。比如，模电中的三极管的工作原理，电容的充放电。通过此次设计熟悉了设计的基本方法和步骤，并巩固了相关的理论知识。充分理解到数字、模拟电路等电子电路在现今生活的方方面面的重要作用。
15、还有就是这次模数电课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在周老师的辛勤指导下，终于迎刃而解。同时，在周老师的身上我学得到很多实用的知识。总体来说,这次实习我受益匪浅.在摸索该如何设计程序使之实现所需功能的过程中,特别有趣,培养了我的设计思维,增加了实际操作能力.在让我体会到了设计的艰辛的同时,更让我体会到成功的喜悦和快乐. 这次模数电课程设计,虽然短暂但是让我得到多方面的提高：1、提高了我们的逻辑思维能力，使我们在逻辑放大电路的分析与设计上有了很大的进步。加深了我们对组合逻辑电路与时序逻辑电路的认识，进一步增进了对一些常见逻辑器件的了解。另外，我们还更加充分的认识到，模拟电路这门课程在科学发展中的至关重要性 2，查阅参考书的独立思考的能力以及培养
