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分析一个简单的多谐振荡器

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发表于 2012-3-23 15:44:55 | 显示全部楼层 |阅读模式

宋体;">腾出点闲暇来玩一下理论~这个是用multisim画的电路原理图


宋体;">这是一个很简易的多谐振荡器,去年大一的时候参加个小比赛的题目里用到了这玩意,用来给蜂鸣器一个振荡的信号的,当时也没太在意,那个时候对电路的概念还是很模糊的,直接就照着图焊了。

宋体;">后来想起这东西,百度了一下,结果只是找到了定性的分析,原理也不难,想做定量分析的,可是一头雾水,不知怎么做,罢了。前几周电子工艺实习,在教材上又看到这鸟东西,想起上学期模电没学好我就来气,难道就这几个元件的鸟东西我都搞不定吗。。。

宋体;">好了,废话说多了,下面我先简单描述一下电路的工作原理吧,在这之前,我先说明一下电路里各元件的模型

宋体;">1. 电阻,电容元件, 在这里都理想化处理,

宋体;">2. LED, 相当于一个导通压降恒为1.8V的二极管,当导通电流大于某一值时才发光(具体数值对于后面的分析并不重要)

宋体;">3. npn三极管, 在这里作为典型的开关,b极和e极间相于一个二极管,b极(基极)到e极(发射极) 的电压达到0.7V时三极管导通,导通后b极和e极间电压恒为0.7V,导通状态 下c极(集电极)和e极(发射极)相当于用导线连接了,即为短路。b极(基极)到e 极(发射极)的电压不足0.7V时,三极管截止,这个状态下c极(集电极)和e极 (发 射极)之间相当于断开了,即为开路。

宋体;">4. 另外还有一个要说明的是,原理图中的O1, O2, B1, B2 只不过是电路上的节点的标号而已,不是什么元件。

 

宋体;">下面先对电路做定性分析

宋体;">刚通电时,两个三极管Q1和Q2都有导通的趋势,也就是说,两个三极管争相导通。

但是由于实际元件是不可能对称的,一定会有一个三极管先导通。

我们不妨认为原理图中的Q1三极管先导通,那么,O1点的电位会迅速下降到接近0,而电容C1两端的电压不能突变,因为电容C1的O1端电位下降了,所以C1的B2端电位也得下降。

B2端电位的下降,就使三极管Q2趋于截止状态,那么O2点的电位就会上升(VCC通过LED2, R4 对电容 C2充电 ),这个时候的电流如下图所示,图中的"+"和"-"分别表示电位上升和下降的趋势。可以看出,对电容充电又促进了B1点电压的上升(这个可以从电容隔直通交的角度去理解),进而促进三极管Q1的导通。

从上面的分析可以看到,Q1导通 -> Q2截止 -> Q1导通,看,这是一个正反馈的过程。


仿真的波形图如下图所示,波形线的颜色和对应电路图的结点的导线的颜色是一致的。


紫色的框住的就是刚上电时的状态,两个三极管争相导通,图中红色和橙色重合了,看不到

黄色和绿色重合了,也看不到。

而蓝色框住的就是Q1先导通的状态,红色的线迅速下降到接近0电位,迫使绿色也迅速下降,进而使迅速橙色上升,进而又使黄色迅速上升,到这里,刚才所说的正反馈的过程可以看作已经结束了。正反馈的过程就是图中迅速变化的那一段,时间相当的短!

受电容C2的影响,后面橙色上升的比较慢。

后面没有被框住的地方,也是很容易分析的。

我们先继续看被蓝色框住的后面的部分,O2的电位上升相对比较慢后,也就是图中橙色上上升相对缓慢后,VCC开始通过R1对C1充电,所以可以看到图中绿色的线又开始上升,也就是B2点的电位开始上升,上升到一定电位后,三极管Q2导通,所以可以看到橙色的线迅速下降,也就是O2点电位下降,由于电容C2的电压不能突变,迫使B1点的电位也下降,然后导致三极管Q1截止,三极管Q1截止又可以通过C1促进三极管Q2的导通。这样,又开始了上面说的正反馈的过程,只不过这次的正反馈的结果是O2点的电位降至接近0点,而O1点的电位上升。

如果继续分析下去,正反馈过程结束后,VCC又通过R2对C2充电,所以可以看到黄色的线(B1点电压)迅速下降(因为刚才说的正反馈)后又开始上升了。B1点电压上升到一定程度后,Q1导通-> Q2截止...又开始正反馈的过程,,然后....我就不必继续重复上面的分析了吧。

看看比较完整的波形图:


建议大家也做一次仿真,看看电压变化的慢动作,体会会更深刻一点。

好了,定性分析结束了。呵呵,突然发现LED被我无视了。。。是这样的,三极管导通的时候对应的LED就亮,截止的时候对应的LED就灭,这个简单咧。

 

下面做定量分析分析啥?振荡的频率呀,周期呀

先说明一下符号:

Vcc 电源电压,最后计算时取9V

Ub1 B1点电压

Ub2 B2点电压

Uo1 O1点电压

Uo2 O2点电压

Uled LED导通电压,最后计算时取1.8V

Ube 三级管be导通电压,最后计算时取0.7V

T1 Q1导通的半周期

T2 Q2导通的半周期

t1 时间常数,R1*C1

T2

从波形图可以看出,系统稳定振荡的过程中,在一次正反馈的过程刚结束一直到下一次正反馈过程之前,的一段时间是一个半周期,这里取T1来进行分析,也就是Q1导通的半周期。


为方便起见,我把电路图贴过来了。

在T1这个半周期到来之前,也就是Q1导通之前,O1点的电压是Vcc - Uled

B2点的电压是 Ube,因为这个时候Q2还导通嘛。

也就是说,电容C1两端的电压是 Vcc - Uled - Ube

在Q1导通后的瞬间,O1点的电压迅速下降到0,而电容C1两端的电压不能突变,所以B2点的电压变成了 0 - ( Vcc - Uled - Ube )

其实在T1这个半周期要完成的任务就是要对电容C1进行充电,一直到三极管Q2导通,所以,利用电路分析中的暂态分析一节中的三要素法,可以列出这个等式:

( 0 - ( Vcc - Uled - Ube )  -  Vcc ) *  e^(-T1 / t1 ) + VCC = Ube

经过简单的计算后,可以得出

T1 = - t1 * ln( (Vcc - Ube) / (2*Vcc - Ube - Uled) )

代入t1 = R1 * C1 = 0.66s, Vcc = 9V, Ube = 0.7V , Uled = 1.8V

就可以计算出,T1 = 0.412s

同样可以计算出T2 = 0.412s, 所以周期 T = 0.824s

而仿真的结果是,稳定振荡后,半个周期是412ms,呵呵,很一致啊,明显是个廉价闪烁灯啊,单片机都木有哦~至于实现的电路,,,暂时没空去搭,我这也没示波器,,,


多谐振荡器.ms11

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发表于 2012-3-23 16:14:32 | 显示全部楼层
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 楼主| 发表于 2012-3-23 16:18:15 | 显示全部楼层
啊。。。我是先在word上写了以后再copy过来的,我这里看得到。。。
我上传word文档好了

多谐振荡器分析.doc

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发表于 2012-3-23 16:44:29 | 显示全部楼层
回复【2楼】正点原子:
---------------------------------
论坛不支持粘贴图片,好不爽啊………………能不能改一下啊………………
努力,前进。
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发表于 2012-3-23 17:07:14 | 显示全部楼层
这个貌似比较难做.没几个论坛可以直接黏贴的.
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发表于 2012-3-23 18:38:38 | 显示全部楼层
回复【5楼】正点原子:
---------------------------------
额,这个倒是没留意,就是有的时候需要传图片的时候还需要添加,有点麻烦,呵呵
努力,前进。
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 楼主| 发表于 2012-3-24 11:56:41 | 显示全部楼层
趁现在比较闲,我把图片都改成文件上传了~
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回复【7楼】Pony279:
---------------------------------
谢谢楼主,好久没有看模电了。。趁现在看看
很喜爱电子行业
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发表于 2012-3-25 16:19:40 | 显示全部楼层
可以使用CC7555或者5G555定时器.
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 楼主| 发表于 2012-3-25 16:42:09 | 显示全部楼层
回复【9楼】楚地狂生:
---------------------------------
那个我知道,
但是考虑到成本的了话,可能就这个更优了。
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发表于 2012-3-25 17:46:52 | 显示全部楼层
但是还有性能啊,毕竟集成电路比个人制作的好
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 楼主| 发表于 2012-3-25 18:23:11 | 显示全部楼层
回复【11楼】楚地狂生:
---------------------------------

就这个闪烁灯电路的功能,用555来搭,省不了元件的哦,

我也不知道这个电路的性能差在哪里。

拆过一个现在还在使用的万能充,里面没有一个集成电路。
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Pony279 发表于 2012-3-25 18:23
回复【11楼】楚地狂生:
---------------------------------

就这个闪烁灯电路的功能,用555来搭,省不了元 ...

那就是RCC开关电源, 能玩精通那个的算高手了,能整出10W以上稳定运行的RCC要算高高手了吧
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发表于 2017-12-14 16:56:41 | 显示全部楼层
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