这种带有 FET 的非稳态多谐振荡器电路如何工作?

电器工程 原理图 多谐振荡器 不稳定的
2022-01-25 21:09:07

我无法理解这个示意图。我确实明白这很简单,但我似乎无法理解其中的一部分。

该示意图是一个更复杂的非稳态多谐振荡器版本。我了解非稳态多谐振荡器的工作原理,但我就是不明白其中的一部分是如何工作的。

更复杂版本的非稳态多谐振荡器示意图

据我了解,连接到每个晶体管栅极引脚的电容器控制晶体管是否导通。但是,我发现难以理解的部分是所有三个电容器如何充电和放电。另外,晶体管打开和关闭的顺序是否有?

LED 代表 LED 灯条,因此不需要电阻来限制电流。

4个回答

如果您了解非稳态多谐振荡器的工作原理,则可以了解它的工作原理,除了它实际上不是来回走动,而是“绕成一个圈”。
首先,每个 LED 与其 MOSFET 的漏极之间应该有一个电阻,而 1M 电阻将保持直接连接到漏极(我用这些电阻绘制了下面的电路,以便您了解电路的工作原理)。
这个“振荡器”实际上是从一个 MOSFET/LED 循环到下一个。

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

假设 Q1 已打开。它的漏极接地,使 Q2 栅极保持接地,因此 Q2 处于关闭状态。
由于 Q2 关闭(不导通),其漏极为高电平,通过 1M 电阻对 Q3 栅极上的电容器充电(此时 Q3 关闭,保持其漏极为高电平,因此 Q1 栅极为高电平,Q1 导通)。
一旦 Q3 栅极上的电容器电压达到足够高的电平,Q3 就会开启,其漏极变为低电平(接地),它会缓慢地对 Q1 上的电容器放电,直到将其关闭。
一旦 Q1 关闭,其漏极变为高电平并为 Q2 栅极电容器充电,直到 Q2 导通,这反过来又使 Q2 漏极变为低电平并缓慢地对 Q3 栅极电容器放电,直到 Q3 关闭,以此类推。
据我了解,一次会亮2个LED。
为了使整个循环开始,其中一个晶体管(由于轻微的不等式或组件公差)将比其他晶体管更快地达到 ON 状态,而其他晶体管将跟随它。在前 1 或 2 个循环中,可能会发生所有 LED 都熄灭或其他一些不规则情况,但在前几个循环之后应该很快将其设置为适当的“运动”。

这本质上是三个以环形方式连接的反相器以构成一个振荡器。更多关于环形振荡器的信息:https ://wiki.analog.com/university/courses/alm1k/alm-lab-ring-osc

但是 LED 上缺少限流电阻至少可以说是令人担忧的,如果没有它们,它可能无法正常工作。

编辑:所以我按原样画了这个东西,添加了电阻并试图模拟它。它似乎没有开始振荡。相反,它会找到一个偏差点并停止。

跟进:CircuitLab sim 存在两个问题。(1) 需要在 sim 中“跳过初始”,(2) 使 LED 具有不同的 Vf。CircuitLab 中的 LED 模型均使用 0.6V 的 Vf,这不仅不正确,而且会导致电路无法工作,因为它依靠 Vf 的差异来收敛。我已经进行了这些更改并且它有效。

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

更多:我也让它在 Falstad 工作。我修改了时间常数,以便更容易看到行为。在这里试试

只是为了好玩,我儿子杰克和我今天构建了电路,组件值略有不同,包括三个相同的 LED。这是它的运行视频

https://youtu.be/rBFr7FjpPtw

这是三个 MOSFET 漏极电压的示波器轨迹。黄色轨迹是最右边的 LED,绿色是中间的 LED,蓝色在左边。

范围跟踪

请注意,每个 LED 都在其邻居打开之前关闭(漏高)。

编辑:后来我们发现我们可以使用第四个示波器通道来显示其中一个晶体管栅极上的电压。

另一个范围跟踪

请注意,黄色(漏极)和红色(栅极)走线的垂直刻度比其他走线大。对我来说,这张图片清楚地表明,只要黄色晶体管的栅极高于临界电压(我们使用的晶体管约为 2.7V),它的漏极就会变低——我试图用水平光标线来展示这一点。栅极处于其中一个电容器上的电压,该电容器以指数曲线充电和放电,受左侧下一个晶体管的影响,即此处以绿色显示的那个。

我将[任何进一步]解释它是如何工作的。

红色将首先启动,因为它的电容器会充电到更高的电压,因此充电速度最快。但是现代的绿色和蓝色 LED 具有相同的电压,因此它们接下来会随机开启。

您在哪里可以找到具有完全相同规格的 Mosfet?他们的规格关于栅极的阈值电压变化很大。