振荡电路的实现与分析

作者：李志威

来源：《科技视界》 2014年第15期

李志威

（广州民航职业技术学院，广东 广州 510470）

【摘 要】在电子设计中，常常需要一个方波或正弦波信号作为电路的触发信号，或者作为电路稳定工作的信号。在电路中，我们一般是利用振荡电路来产生这些信号的，所以理解振荡电路的工作特性对于做好我们的电子设计是相当必要的。

【关键词】振荡电路；三极管；NE555；晶振

Realization and Analysis of Oscillation Circuit

LI Zhi-wei

(Guangzhou Civil Aviation College, Guangzhou Guangdong 510470，China)

【Abstract】In electronic design, we often use square wave or sine wave signal as the trigger signal of circuit, or for circuit stable work. We usually use

oscillation circuit to generate these signals in the circuit, so in order to make our electronic design successfully, understanding the working characteristic of oscillation circuit is quite necessary.

【Key words】Oscillation circuit; Triode; NE555; Crystal oscillator

1 振荡电路概述

振荡电路是自激式的，无需外加触发信号就能产生某种信号的电路[1]。振荡电路可以分为正弦振荡电路和张弛振荡电路两种。正弦振荡电路就是能产生正弦或余弦波形信号的振荡电路，张弛振荡电路产生的信号波形是有突变的，比如三角波、矩形波、方波或锯齿波等等。[2]在高职类的电子设计中，常用振荡电路来产生是正弦波或矩形波信号，来满足我们电路设计其他功能模块信号的要求。

振荡电路可以通过集成振荡器芯片或运放芯片实现，也可以由555芯片来实现多谐振荡电路，或者用三极管构成多谐振荡电路，还有LC振荡器、RC振荡器和晶体振荡器等等。下文分析和实现了三种常用的振荡电路，并且使用北京普源公司的DS1052E数字示波器对输出波形进行测量。

2 双三极管多谐振荡电路[1]

通过两个三极管的反馈电路，我们可以实现一个多谐振荡电路，图1是双三极管振荡电路的原理图，图2为双三极管多谐振荡电路实现。如图1和图2，虽然这里两个三极管都是9014型号的三极管，但是两个元件在电性能上还是会存在差异，那么开关闭合后，电源VCC加载到电路中，假设Q1先导通，Q1集电极电流升高，电流流经R3，使得Q1集电极电压降低，经C1使Q2基极电压也降低，从而使得Q2集电极电流降低，Q2集电极电压升高，这一升高电压再经

C2反馈到Q1的基极。这样多次反馈作用后，使得Q1饱和，并且A点为低电平，Q2截止，并且B点为高电平。

图1 双三极管多谐振荡电路原理图

由于Q1的集电极为低电平，电源VCC经R1给C1充电，当C1充到一定电压时，使得Q2的基极电压增大，此后Q2又导通，通过反馈作用后，这次会使得Q2饱和，并且B点为低电平，Q1截止，并且A点为高电平。

接着是电源经R2给C2充电，经过反馈后又会使得Q1饱和，Q2截止。这样，两个三极管往复的交替饱和和截止状态，从而交替的给C1和C2充电，使得A点和B点就分别输出C1和

C2的充放电电压波形，也就是说该多谐振荡电路产生了矩形波。由于C1和C2充电是不同步的， A点和B点的输出存在180度的相位差，振荡频率理论值为ｆ＝■＝■＝６６２．５Ｈｚ。图3为该电路实测的电压波形数据，两路数据分别为A、B点的输出信号，从测试数据看出实际频率值与计算值比较接近，如果需要精确的频率值，我们可以微调R1、R2、C1、C2等元件。

图2 双三极管多谐振荡电路实现

图3 C1和C2充放电电压波形图

3 555多谐振荡电路

NE555芯片的原理图如图4所示[3]，用该芯片构成的多谐振荡电路如图5所示，图6为电路的实物图。如图4和图5，接通电源后，因为管脚4接的是高电平，所以芯片内部的触发器

的输出，相当于是一个基本的RS触发器的输出取反，这个输出再经过一个非门后由管脚3输出。

假设开始时触发器部分输出为低电平，使得三极管截止，VCC经外接电阻RP1、RP2及R1

向电容C1充电，当C1上的电压上升到2VCC/3时，比较器A1翻转输出低电平，RS触发器复位，取反后输出高电平，经反向器后3脚输出为低电平，且此时三极管导通；三极管导通后，C1经R1、RP2及三极管放电，当电压下降到VCC/3时，比较器A2翻转输出低电平，使RS触发器置位，取反后输出低电平，使得三极管又截止，C1又开始充电，且此时经反向器后3脚输出为高电平；如此循环，3脚依次输出高低电平，那么矩形波就形成了[4]。通过调节RP1和RP2，可以改变C1的充放电时间，从而可以调节输出的频率以及占空比，图7为该多谐振荡电路的输出波形测试数据，可以看出输出波形比较稳定，且该电路有一定的频率调节范围，如果需要更高的频率，可以通过更换RP1和RP2来实现。

图4 NE555内部结构图

图5 NE555多谐振荡电路原理图

图6 NE555多谐振荡电路实现

4 晶体振荡电路

图8 ATMEL89S52单片机的晶振电路图

图9 ATMEL89S52单片机的晶振电路实现

图10 24MHz晶体振荡电路波形

晶体振荡器，也就是常说的晶振，也可以由它来构成振荡电路。我们用的较多的是把它连接到一些可编程芯片的外部时钟管脚，与这些芯片内部的电路构成一个晶体振荡电路，从而为这些芯片提供时钟信号。图8和图9分别是是ATMEL89S52单片机的外部晶体振荡电路的原理和实物图，这里用到的是24MHz的晶振，图10是该电路实测的振荡波形数据，由于该振荡电路的核心部分是晶振，它的固有频率稳定，所以由它产生的振荡信号频率也比较稳定。

【参考文献】

［１］胡斌.振荡器和控制器电路识图入门突破[M].北京:人民邮电出版社,2009，7:121-153.

［２］解月珍,谢沅清.电子电路学习指导与解题指南[M].北京:北京邮电大学出版社,2006，9:173.

［３］Texas Instruments Incorporated.NE555[EB/OL].2004.

［４］阎石.数字电子技术基础[M].北京:高等教育出版社,1998，11:348-354.

［５］高峰.单片微型计算机原理与接口技术[M].北京:科学出版社,2003，2:23-25.

［责任编辑：刘帅]