什么是多谐波振荡器？

多谐波振荡器

广义地讲，凡是输出信号含有丰富谐波成分的自激振荡都可以称为多谐波振荡器。在实际应用中，往往将输出信号为方波的振荡器称为多谐振荡器，这是因为方波经过傅里叶变换后可以发现有无穷多个正弦波成分。

在振荡电路设计中，需要使用非线性有源器件及设置足够大的正反馈系数，使电路在“截止”与“饱和”两种状态之间发生振荡。

双BJT组成的50%DUTY_CYCLE多谐波振荡器

将两级BJT组成的单管反相放大器首尾相接的方法，组成一个占空比为50%的方波振荡器。可以作用于对定时要求不严格的脉冲或时钟源，如下图所示：

两级BJT组成的占空比为50%的方波振荡器

如上图所示，因电容器C1、C2的存在，频率越高的分量相移越小，正反馈越强。回路的工作频率受限于BJT的共发射极截止频率。将电路两边的器件值对称选择，可以输出50%的方波。

下面分析一下电路原理 ：假设某时刻，上图中TR2的集电极电位因电路热噪声的扰动而上升，那么这个电位变化会立即通过电容器C2的耦合而使得TR1的集电极电位同时下降，TR1的集电极电位下降又将耦合到TR2的基极，使得TR2基极电位下降，那么TR2的集电极电位上升速度会进一步增加。

因反馈环路无选频特性，正反馈会使TR2迅速进入截止区，TR1同时进入饱和导通区。进入饱和或截止的时间取决于BJT器件CE的截止频率。

在（截止/饱和）过程中，C1通过TR1的C、E极、Rb2以及电源组成的回路放电；C2通过电源、RC2、TR1的BE结组成的回路充电。

一段时间后RC2、C2、TR-BE结电源充电回路达到最大值，C2中的电流变成零，TR1的集电极电位开始上升，迅速截止，TR2迅速进入饱和。此过程不断重复形成了周期震荡。

因电路在结构上对称，在任何一个BJT的集电极上都可以输出方波信号，但输出信号反相。输出信号沿的反转速度取决于BJT本身的共发射极截止频率，在忽略BJT进入饱和截止时的载流子渡越时间的情况下，选用高截止频率的BJT，那么输出的方波周期近似2RC。若输出信号沿的速度不够快，可以在后级增加施密特整型电路进行缓冲输出。

将非门用做放大器组成的多谐振荡器

若将一个非门的输入输出端通过电阻连接，那么因负反馈作用，非门的输入端将会被偏置在非门的翻转电压上，此时的非门变成了一个反向放大器。类似于上面介绍的BJT多谐振荡器，通过电容器将这两个非门反向放大器首尾相接，同样可以组成多谐振荡器，如下图所示：

非门组成多谐振荡器

在器件值对称的条件下，可以粗算出此多谐振荡器的输出信号周期是Tocs=0.44RC，占空比为50%。电路可以用于对精度要求不高的脉冲源。若要求一定频率，可以用石英晶体代替两个电容器中的一个，此时电路工作在有选频网络条件下，工作频率为晶体标称频率，输出波形为正弦波。

以运算放大器电路组建的多谐振荡器

将运算放大器接成正反馈形式，也可以组建多谐振荡器，如下图所示：

运算放大器组建多谐振荡器之一

借助于三要素法则可以算出振荡周期为2RC*Ln(1+2R2/R1)，R1、R2若选取合适的阻值，使反馈系数F=0.47，那么振荡周期可以简化为T=2RC。

此电路特点：

1.改变R2或者R都可以改变振荡频率；

2.振荡周期与输出幅度没有关系，振荡频率的稳定性仅取决于电容器和稳压管的器件稳定性；

3.占空比50%。

在积分网络R内串二极管，还可以组成占空比可变的多谐振荡器：

运算放大器组建的多谐振荡器之二

因C的充放电回路不对称，导致占空比可通过Ra、Rb来设置：

Tpa=RaCLn(1+2R2/R1)

Tpb=RbCLn(1+2R2/R1)

f=1/(Tpa+Tpb)=1/[(Ra+Rb)CLn(1+2R2/R2)]

审核编辑：刘清