多谐振荡电路的结构及工作原理

多谐振荡（Multivibrator）电路的结构如图6-11所示，它是由放大器和耦合电路构成的，是一种具有正反馈的振荡电路。

图6-11 多谐振荡电路的结构

多谐振荡电路在脉冲和数字电路中使用得非常多，广泛地使用在脉冲信号的产生和整形电路中。它主要有三种：

①非稳态多谐振荡电路：耦合电路A、B都是由电阻和电容构成的。

②双稳态多谐振荡电路：耦合电路A、B都是由电阻构成的。

③单稳态多谐振荡电路：耦合电路A是由电容构成的，耦合电路B是由电阻构成的。

（1）非稳态多谐振荡电路的结构和工作原理

非稳态多谐振荡电路在电子设备中使用得很多，广泛地用于脉冲信号产生电路，它是指开机后即进入振荡状态，无需触发，如图6-12所示。

从图可见，两个三极管VT1和VT2之间用耦合电路A以C2、R2的方式连接起来，将VT2的输出通过耦合电路B（C1、R1）送到VT1的输入端形成正反馈，这样就形成了振荡电路。

为了更好理解该电路的工作原理，我们将图6-12中的三极管VT1用一个开关S1代替，省去从VT2到VT1的耦合电路B（C1、R1），就变成了如图6-13所示。

图6-12 非稳态多谐振荡电路

图6-13 多谐振荡电路的工作原理

图6-13a是开关S1断开的情况，VT2的基极由电源通过R2加上正电压，使VT2导通。此时，电路中的虚线是给电容C2充电的电流。

然后使开关S1闭合，如图6-13b所示。由于此时电容C2上已充电，电压为u_o，所以在开关闭合的瞬间相当于给VT2的基极加上了负压，使VT2截止。图6-13b中的虚线方向是电容C2的电荷放电的方向，接着VT2的基极电压由负向正变化，然后再次使VT2导通。

上述过程反复进行，就得到如图6-14所示的波形。

图6-14 多谐振荡电路的波形

由图可见，VT2导通时，将开关S1闭合VT2必然截止，电容C2的放电完成后VT2又自动变成导通状态。相反，将VT2用开关代替，取消耦合电路A（C2、R2），VT1与耦合电路B连接形成电路。当VT1导通时，使开关接通的瞬间VT1截止。当C1放电完成时，VT1又自动变为导通状态。

多谐振荡电路的振荡过程如图6-15所示，由图可见，VT1截止时，VT2导通，电流通过R1、C1，VT1导通时，充电的C1开始放电。然后给C2反向充电，u_b1电压变正，VT1导通，于是u_c1接近0，使VT2的基极变负，VT2又变为截止。这样VT1和VT2交替导通和截止，形成振荡状态，其波形如图6-16所示。

图6-15 多谐振荡电路的振荡过程

图6-16 多谐振荡电路的振荡波形

在图6-15a中，如果R1=R2，C1=C2，R_c1=R_c2时，u_b1、u_c1和u_c2的波形相同，相位差180°。

（2）双稳态多谐振荡电路的结构和工作原理

所谓双稳态是指其输出有两个稳定状态，且在输入信号作用下，可以从一个稳定状态转换到另一个稳定状态，如输入一个触发信号，就会使双稳态输出翻转，改变原来的稳定状态；再输入一个触发信号，就使输出信号再次翻转。

①集—基耦合双稳态电路

集—基耦合双稳态电路如图6-17a所示。它由两个对称的共射放大电路构成，且其集电极与基极之间经R11和R12相互交叉耦合。若把图6-17a改画成图6-17b的形式，就能清楚地看出双稳态电路实质上是一个闭环的两级直流放大器。放大器的第二级输出直接反馈到第一级的输入端，根据反馈类型的判别方法可知，它是一个正反馈电路。通常电路中的两个放大器是对称的，即R11=R12，R21=R22，R_c1=R_c2，VT1和VT2参数也相同。

图6-17 集—基耦合双稳态电路

图中有两个稳定状态，无论电路进入哪种稳态，都不会自动转换到另一种状态。但是，在触发器刚接通电源时，电路究竟要进入哪种状态，事先并不知道。为了使双稳电路按照人的指示稳定到某状态，即记忆某种信息，必须外加触发器信号。

集—基耦合双稳电路状态转换的方式有两种：单端触发方式和计数触发器方式。(www.xing528.com)

●单端触发方式

具有单端触发的双稳态电路如图6-18所示，图中由二极管VD及R_i、C_i组成两个触发信号输入电路，C_i为加速电容。

为了便于介绍，我们把VT2管集电极称Q端，VT1管集电极称Q端，并用0、1分别代表双稳态触发器的两个稳定状态。规定：Q=1，就称触发器处于1状态，此时VT2截止，u_c2是高电平，相应，VT1饱和，u_c1是低电平；，则称触发器处于0状态，表示VT2饱和，u_c2是低电平，相应Q=1，VT1截止，u_c1是高电平。这里“电平”就是电位。

若图6-18a所示触发器处于0状态（Q=0），即VT1截止，VT2饱和，则应在S端输入触发脉冲u_i2，该触发脉冲在B点产生负尖峰脉冲使VD导通。VT2管的基极电位u_b2随之下降，结果导致VT2退出饱和，变为截止，u_c2迅速升高。由于C_i的瞬时短路作用，u_b1跟着u_c2升高，使VT1由截止变为饱和。于是双稳态触发器从原来的Q=0状态转换为Q=1的状态，因为是在S端输入触发脉冲，使触发器从Q=0转换到Q=1，所以，把S端称为置1端或置位端。

图6-18 单端触发的双稳态电路

当输入的触发脉冲u_i2在B点产生正尖峰脉冲时，VD截止，使正尖峰脉冲对触发器失去触发作用。

若图6-18a所示触发器处于1状态（Q=1），即VT1饱和、VT2截止，则在R端输入触发脉冲u_i1，将使触发器转换到0状态，故把R端称为置0端或复位端。

通过以上讨论可以看出，外加触发脉冲后，可将触发器从一种稳态转换到另一种稳态。且输入触发脉冲饱和结束后，状态也不再改变。但是，触发信号必须加到饱和管的基极，才能使饱和变为截止；若触发信号加到截止管的基极，触发器不会改变状态。相关工作波形如图6-18b所示。

●计数触发器方式

计数输入触发的双稳态电路如图6-19所示。图中，VD1、R_i1、C_i1和VD2、R_i2、C_i2组成两个触发输入引导电路，其作用是把触发脉冲引导到饱和管基极。两个引导电路的输入端连在一起作计数触发输入端C_P，C_P是时钟脉冲的简称。

图6-19 计数输入触发的双稳电路

因为电阻R_i1、R_i2分别连到了VT1、VT2的集电极，且电路在稳态时，VT1和VT2总是一个截止，一个饱和。所以，此时经R_i1和R_i2加到VD1、VD2阴极的电位也分别与u_c1、u_c2相同，即靠饱和管一侧的二极管阴极电位低，该二极管处于正偏；靠截止管一侧的二极管阴极电位高，此二极管处于反偏。输入的触发脉冲（C_P）容易通过处于正偏的二极管到达饱和管基极，但不能通过反偏二极管。

②射极耦合双稳态电路

射极耦合双稳态电路及工作波形如图6-20所示，它由两级直流放大器组成。其中VT1的集电极输出经R1和R2分压后，接到VT2管基极，VT2射极电流经R_e耦合到VT1射极而形成正反馈。

集—基耦合双稳电路在触发脉冲消失后，能保持其稳定状态不变。而在射极耦合双稳态电路中，由于VT2集电极（输出）与VT1基极（输入）之间没有耦合，因此，射极耦合双稳态电路的稳定状态是由输入电压幅度确定的。

图6-20 射极耦合双稳电路及工作波形

（3）单稳态多谐振荡电路的结构和工作原理

单稳态电路只有一个稳定状态。在外加触发脉冲的作用下，能够由稳定态转换到暂稳态，且维持一段时间后又自动返回到稳态。

①集—基耦合单稳态电路

集—基耦合单稳态电路如图6-21所示，与图6-19相比较，只是在其中的一条耦合支路作了改变。即用电容C代替了图6-19中VT1管的R1和C_j，用R_b连接正电源代替了R2接负电源。由于是单稳态，所以只需一边触发，从而省掉了VT1管基极的触发电路。

图6-21 集—基耦合单稳态电路

②射极耦合单稳态触发器

如图6-22所示是射极耦合单稳态电路，它也是一个两级正反馈放大电路。VT1管的基极电位由R1和R2分压决定，其集电极经电容C耦合至VT2基极，VT1和VT2通过发射极电阻R_e构成正反馈回路。

图6-22 射极耦合稳态触发器

【知道更多】

多谐振荡电路还可自动产生一定频率和幅度的方波或锯齿波，该类脉冲信号的产生电路称为方波脉冲发生器或锯齿波脉冲发生器，电路核心元件为对称的两只三极管，或将两只三极管进行集成后的集成电路部分。

多谐振荡电路中的方波信号产生器和锯齿波振荡器如图6-23、图6-24所示。

图6-23 多谐振荡电路中的方波信号产生器