多谐振荡器

多谐振荡器是一种用来产生在两种状态间变化的系统的电子电路，譬如说振荡器、定时器、触发器等等。最常见的形式是用来产生方波的非稳态振荡器。

多谐振荡器大致上可以分成3种：

非稳态多谐振荡器（astable multivibrator），这种电路不管在哪一种状态中都不是稳定的；它持续的由一种状态转变到另一种状态，这种多谐振荡器又被称为弛张振荡器。

单稳态多谐振荡器（monostable multivibrator），它所处的两种状态中有一种是稳态。这种电路会在外部信号触发时落入非稳态，但是在非稳态持续一段时间后还是会回到稳态。这种电路适用于对外部事件产生持续固定长度的信号，也有人称这一类的电路叫单稳态触发器（One Shot）电路，常见于用来除去接点弹跳（Switch Bounce）的现象。

双稳态多谐振荡器（bistable multivibrator），这种电路的两种状态都是稳态。如果没有特定信号触发的话，它会一直处在其中一种状态。若是有特定信号触发，此电路可以由一种状态转变到另一种状态。它可以在建立基础的记忆器件，如电脑中的记忆体或是中央处理器内部的暂存器。此电路也被称为触发器或锁存器。有一种类似的电路是施密特触发器。

最简单的多谐振荡器是由两个交互偶合的晶体管构成的，并在电路中使用不同的RC电路以决定处于不同状态的时间。

多谐振荡器常见于需要产生方波或定宽时脉的系统中，不过简单的电路也意味着不够精确的时脉控制，因此在时间因素非常重要的系统中较少见到多谐振荡器。

555计时器是一种广泛使用的集成电路版本的多谐振荡器。555计时器中使用了更精密的设计以解决一般多谐振荡器定时不准的问题。

非稳态多谐振荡器电路

上图说明了典型非稳态多谐振荡器电路的组态。

基本操作模式

图1：基本的BJT非稳态多谐振荡器

此电路运作在以下两种状态：

状态一

Q1导通
Q1的集电极电压为接近0V
C1由流经R2及Q1的电流充电
Q2基极的电压等于C1两端跨压，此电压将随着C1充电的过程持续上升(尚未达到0.6V）
Q2截止（假设Q2的基极电压小于0.6V）
C2经由R3及R4放电
输出电压为高（但因C2经由R4放电的缘故，较电源电压稍低）
此状态一直持续到Q2的基极电压达到0.6V以前。当Q2基极电压达0.6V时，Q2导通：此电路进入状态二

状态二

Q2导通
Q2的集电极电压（即是输出电压）由高电位变为接近0V
C2把Q2集电极电压变化耦合到Q1的基极，使Q1瞬间截止
Q1截止，使得Q1集电极电压上升到高电位
C1经由R1及R2放电
C2从低电位利用流经R3的电流充电，使C2由0V渐渐充电至0.6V
因Q1的基极电压等于C2两端跨压，所以随着C2充电，Q1的基极电压也渐渐升高
此状态一直持续到Q1的基极电压达到0.6V以前。当Q1基极电压达0.6V时，Q1导通：此电路进入状态一

电路启动过程

当电路刚接上电源时，两个晶体管都是截止状态。不过，当这两个晶体管的基极电压一起上升时，由于晶体管制造过程中不可能把每个晶体管的导通延时控制得一样，所以必然有其中一个晶体管抢先导通。于是此电路便进入其中一种状态，而且也保证可以持续振荡。

振荡周期

粗略的来说，状态一（输出高电位）的持续时间与R1、C1相关，状态二的持续时间与R2、C2相关。因为R1、R2、C1、C2都可以自由配置，因此可以自由决定振荡周期及占空比。

不过，在每个状态的持续时间是由电容在充电开始时的初始状态（电容两端的电压）决定的，而这又与前一个状态中的放电量有关；前一个阶段的放电量又由放电过程中电流通过的电阻R1、R4与放电过程的持续时间决定…。总而言之，在刚启动电路时，要花费颇长的时间把电容充电（一般而言电容两端在未启动时是完全放电的），不过之后的各个阶段的持续时间便会变短并趋于稳定。

因为多谐振荡器是利用电流的充电过程控制周期，所以振荡周期同时也与输出端流出多谐振荡器的电流量有关。

由于种种不隐定因素对多谐振荡器振荡周期的影响，因此在实作中通常使用更精确的计时集成电路取代单纯的多谐振荡器电路。

单稳态多谐振荡器

双稳态多谐振荡器

外部链接

Java applets 模拟多谐振荡器运作