CN110535438A - 一种压控可调多谐振荡器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种压控可调多谐振荡器，包括有：第一、第二振荡晶体管Q1、Q2的发射极接地，其集电极分别经第一、第二振荡晶体管集电极电阻Rc1、Rc2接电压源端VCC，第一、第二振荡电容C1、C2分别交叉跨接在第一、第二振荡晶体管Q1、Q2的集电极与基极之间；第一、第二可变电阻R1_var、R2_var分别连接在第一、第二振荡晶体管Q1、Q2的基极与电压源端VCC之间，其控制端分别连接第一、第二外部可控电压源端VT1和VT2。由此实现对输出方波的周期、脉冲宽度和占空比的调节。
Description
技术领域
本发明涉及一种多谐振荡器，尤其涉及一种压控可调多谐振荡器。
背景技术
多谐振荡器是一种能够产生矩形波的自激振荡器。该电路没有稳定状态，由电容器的充电与放电来控制晶体管的导通与截止，从而使得电路在两个暂态之间自行‘振荡’。多谐振荡器的优点是无需外加触发信号便能够连续的、周期性的自动产生矩形波脉冲，常用作脉冲信号源及时序电路中的时钟，在生产生活的许多领域有着广泛的应用。以BJT/HBT晶体管为例，自激多谐振荡器结构如图1所示。显然，当电路元件参数确定之后，其矩形脉冲的参数，包括振荡频率、脉冲宽度和占空比也是唯一确定的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可以调节频率、脉冲宽度、占空比的多谐振荡器，通过外部可控电压的改变，使得输出方波的参数在一定范围内连续可调。
本发明的技术方案是：
一种压控可调多谐振荡器，包括振荡晶体管Q1、Q2，集电极电阻Rc1、Rc2，振荡电容C1、C2，可变电阻R1_var、R2_var。VCC为电源电压，VT2和VT1为两个外部可控电压源。振荡晶体管Q1、Q2的发射极接地，其集电极分别经集电极电阻Rc1、Rc2接电压源端VCC，振荡电容C1、C2分别交叉跨接在振荡晶体管Q1、Q2的集电极与基极之间。可变电阻R1_var、R2_var分别连接在振荡晶体管Q1、Q2的基极与电压源端VCC之间，其控制端分别连接外部可控电压源端VT1和VT2。
可变电阻R1_var包括有压控晶体管T1和基极偏置电阻Rb1,可变电阻R2_var包括有压控晶体管T2和基极偏置电阻Rb2。压控晶体管T1的基极经偏置电阻Rb1连接外部可控电压源端VT1，其集电极和发射极分别连接电压源端VCC和振荡晶体管Q1的基极节点P1。压控晶体管T2的基极经偏置电阻Rb2连接外部可控电压源端VT2，其集电极和发射极分别连接电压源端VCC和振荡晶体管Q2基极节点P2。
在可变电阻R1_var、R2_var中，还可以采用压控晶体管T1、T2的基极相连接，并通过基极偏置电阻Rb连接外部可控电压源端VT。
另外，对于振荡晶体管Q1、Q2的发射极还可以经过一个恒流源I1再接地。
本发明的优点是：
本发明提出的压控可调多谐振荡器在传统自激多谐振荡器的基础上，采用可变电阻R1_var、R2_var替代基极电阻Rb1和Rb2，通过外加电压VT1和VT2控制流经可变电阻R1_var、R2_var的电流，即电容的充放电电流，由此实现对输出方波的周期、脉冲宽度和占空比的调节。该电路不仅保持了传统多谐振荡器容易起振、频率稳定度高的优点，而且电路结构非常简单，所需元件少，适合集成在芯片中。更重要的是，当外加电压在一定范围内变化时，矩形波的频率连续可调，且调整范围宽。
附图说明
图1为现有技术多谐振荡器。
图2为本发明的压控可调多谐振荡器之一。
图3为本发明的可变电阻结构图。
图4为本发明的振荡晶体管基极电压波形图。
图5为本发明的振荡晶体管集电极电压波形图。
图6为发明在VT1＝VT2＝5V时，振荡晶体管集电极电压的波形图。
图7为发明在VT1＝5V，VT2＝4V时，振荡晶体管集电极电压的波形图。
图8为发明的压控可调多谐振荡器之二。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进一步说明：
如图2所示，本发明提供了一种压控可调多谐振荡器，在本发明的一种具体实施方式中：振荡晶体管Q1、Q2的发射极接地，其集电极分别经集电极电阻Rc1、Rc2连接电压源端VCC。振荡电容C1、C2分别交叉跨接在振荡晶体管Q1、Q2的集电极与基极之间。可变电阻R1_var、R2_var分别连接在振荡晶体管Q1、Q2的基极与电压源端VCC之间，其控制端分别连接外部可控电压源端VT1和VT2。
本发明当电路接通的瞬间，振荡晶体管Q1和Q2分别通过可变电阻R1_var、R2_var获得正偏电压，两个振荡晶体管Q1和Q2均趋向于导通。此时，振荡电容C1通过集电极电阻Rc1、振荡晶体管Q2充电，振荡电容C2通过集电极电阻Rc2、振荡晶体管Q1充电。虽然电路是‘对称’的，两个晶体管为同一类型，但它们的特性仍然无法百分之百的相同。假如振荡晶体管Q2的电流增益比振荡晶体管Q1的高，则会率先进入饱和状态。当振荡晶体管Q2饱和导通时，振荡电容C2通过晶体管R1_var和Q2放电，由于电容两端的电压不能突变，使得振荡晶体管Q1的基极电压迅速降低，产生一个‘负跳脉冲’，振荡晶体管Q1截止。电路由此进入自激振荡状态，振荡晶体管Q1与Q2交替截止和导通。如图4所示，表示振荡晶体管Q1和Q2的基极电压变化。当基极电压等于导通电压时，振荡晶体管导通；当振荡晶体管基极电压小于导通电压时，振荡晶体管截止。
当振荡晶体管Q1截止，Q2导通时，VC2输出低电平；当振荡晶体管Q1导通，Q2截止时，VC2输出高电平。由此可持续不断的输出方波信号，如图5所示。显然，方波的脉冲宽度与电容的充放电时间相关。通过控制流经可变电阻R1_var、R2_var的电流，即可控制振荡电容C1、C2的充放电时间，由此实现对脉冲宽度的控制。
可变电阻R1_var、R2_var的结构如图3所示，可变电阻R1_var包括有压控晶体管T1和基极偏置电阻Rb1，其集电极和发射极分别连接振荡器的电压源端VCC和振荡晶体管Q1的基极P1节点，其基极经基极偏置电阻Rb1连接外部可控电压源端VT1。可变电阻R2_var包括有压控晶体管T2和基极偏置电阻Rb2，其集电极和发射极分别连接振荡器的电压源端VCC和振荡晶体管Q2的基极P2节点，其基极经基极偏置电阻Rb2连接外部可控电压源端VT2。
为便于说明，在此不妨设振荡晶体管Q1导通，振荡晶体管Q2截止。此时，节点P2处的电压为低电平，节点P1处的电压为高电平，此时，压控晶体管T1截止，R1_var为高阻态；压控晶体管T2导通，可变R2_var可等效为一受外部可控电压源端VT2调节的可变电阻。当改变外部可控电压源端VT2的电压时，不妨设电压增加，则流经可变电阻R2_var、振荡电容C1、振荡晶体管Q1的电流增加，C1充电时间减小，振荡晶体管Q1的导通时间减小，VC1的脉冲宽度减小。同理，调节外部可控电压源端VT1的电压可改变振荡晶体管Q2的导通时间，即振荡晶体管Q1的截止时间。因此，同时调节VT1和VT2的电压即可改变振荡晶体管漏极电压VC1(或VC2)的周期和占空比。如图6为当两个外部电压源的电压值都为5V时的输出波形VC1，如图7为VT1为5V，VT2为4V时候的输出波形VC1。在实际应用中，晶体管的电流放大倍数通常在50倍以上，因此当改变VT1(VT2)时，充电电流可发生显著改变，即输出信号的脉冲宽度或周期变化很大。因此，本发明提出的压控可调多谐振荡器具有较大的调谐灵敏度。
综上所述，本发明提出的压控可调多谐振荡器在传统自激多谐振荡器的基础上，采用可变电阻R1_var、R2_var替代基极电阻Rb1和Rb2，通过外加电压VT1和VT2控制流经可变电阻R1_var、R2_var的电流，即电容的充放电电流，由此实现对输出方波的周期、脉冲宽度和占空比的调节。该电路不仅保持了传统多谐振荡器容易起振、频率稳定度高的优点，而且电路结构非常简单，所需元件少，适合集成在芯片中。最重要的是，当外加电压在一定范围内变化时，矩形波的频率、脉冲宽度、占空比均连续可调，且调整范围宽。
如图8所示，为本发明的另一种具体实施方式。在上一个实施方式的基础上，该方式仅采用一个外部电压源VT进行控制。当电路元件参数确定之后，改变外加电压VT，则流经压控晶体管T1和T2的充放电电流同时发生变化，即振荡电容C1和C2的充放电电流或充放电时间发生改变。由此在稳定振荡的过程中，振荡晶体管Q1(或Q2)截止(或导通)的时间发生改变。因此，只需要改变VT的电压值，便可以调整输出端矩形波的周期。该方式的优点时仅需要一个外部控制电压源，缺点是仅能调节矩形波的周期，不能改变脉冲宽度和占空比。
采用尾电流I1的作用是，当VT改变时，控制整个振荡器的静态电流保持不变。由此流经振荡晶体管Q1(或Q2)的电流基本保持不变，集电极电阻上的压降基本保持不变。所以输出方波的峰峰值保持不变。恒流源I1可以采用基准电流源和cascode电流镜的方式实现。
Claims (4)
1.一种压控可调多谐振荡器，包括有：第一、第二振荡晶体管Q1、Q2的发射极接地，其集电极分别经第一、第二振荡晶体管集电极电阻Rc1、Rc2连接电压源端VCC，第一、第二振荡电容C1、C2分别交叉跨接在第一、第二振荡晶体管Q1、Q2的集电极与基极之间；其特征在于：
第一、第二可变电阻R1_var、R2_var分别连接在第一、第二振荡晶体管Q1、Q2的基极与电压源端VCC之间，其控制端分别连接第一、第二外部可控电压源端VT1和VT2。
2.根据权利要求1所述的一种压控可调多谐振荡器，其特征在于：
第一可变电阻R1_var包括有：第一压控晶体管T1的基极经第一压控晶体管T1基极偏置电阻Rb1连接第一外部可控电压源端VT1，其集电极和发射极分别连接电压源端VCC和第一振荡晶体管Q1的基极节点P1；
第二可变电阻R2_var包括有：第二压控晶体管T2的基极经第二压控晶体管T2基极偏置电阻Rb2连接第二外部可控电压源端VT2，其集电极和发射极分别连接电压源端VCC和第二振荡晶体管Q2基极节点P2。
3.根据权利要求2所述的一种压控可调多谐振荡器，其特征在于：
第一压控晶体管T1的基极与第二压控晶体管T2的基极相连接，并通过基极偏置电阻Rb连接外部可控电压源端VT。
4.根据权利要求3所述的一种压控可调多谐振荡器，其特征在于：
第一、第二振荡晶体管Q1、Q2的发射极相连接，并经恒流源I1接地。
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