使用UJT、555定时器、运算放大器的张弛振荡器（非稳态）电路图

张弛振荡器（或多谐振荡器）以完全集成电路的形式广泛用于具有宽松相位噪声要求的应用中，因为它们不包含电感器。与LC振荡器相比，张弛振荡器仅包含一个能量存储元件。

张弛振荡器是非正弦振荡器，它使用称为多谐振荡器的电路构建块产生三角波、方波和脉冲波形。当环路增益大于单位并且反馈为正时，产生的输出几乎类似于持续大部分周期时间的正弦波。在那种状态下，放大器要么处于饱和状态，要么处于截止状态，这些类型的振荡器称为张弛振荡器。

在张弛振荡器中，使用的放大器在短时间内充当高增益放大器，然后等待发生变化。因此，振荡频率不直接取决于LC电路的固有频率或相移。放大器不在电路有源部分的时间间隔决定了振荡频率。弛张振荡器使用一个设备来改变状态和一个RC定时电路来产生一个周期性的输出波形。

在振荡的一个阶段，张弛振荡器将能量存储在电抗元件或组件中，并在周期的下一阶段逐渐释放能量。

上图说明了张弛振荡器的原理，其中闪光灯在一定的时间间隔内周期性地点亮。电路布置由电池、电容器和具有5V触发阈值的灯泡组成。当电容器充电到灯泡的触发阈值水平时，电容器开始放电并将其存储的能量提供给灯泡。然后灯泡开始闪烁，持续时间由电容器和电阻组合的时间常数给出。

闪光后电容器再次开始充电，这将继续或重复。重复时间取决于充电和放电时间。同样的原理也适用于张弛振荡器，因此它是一个重复电路。

张弛振荡器分为两类，即锯齿振荡器和非稳态多谐振荡器。在第一种情况下，开关器件的导通会导致电容器立即快速放电，因此总输出波形几乎只占用了充电周期。在非稳态类型中，电容器的充电和放电都通过一个电阻器缓慢进行。因此，这两个周期贡献的总输出波形。

UJT张弛振荡器电路

UJT是UniJunction Transistor的简称，它是一种三端器件，用作开关晶体管。这些是使用P和N型半导体材料构造的，在器件的N型通道中形成单个PN结。它具有单向导电和负电阻特性，在击穿条件下充当可变分压器。

下图说明了使用单结晶体管 (UJT) 构建张弛振荡器，连接在UJT发射极端的RC组合电路决定了振荡频率，电阻R1和R2用作限流电阻。

当电路通过直流电压通电时，UJT保持关闭状态，电容器开始通过电阻R充电。由于UJT的发射极端连接到电容器，电容器电压对UJT的性能有很大影响。当电容两端的电压变为UJT的峰值电压时，UJT被驱动进入导通模式。

在这个阶段，发射极 - 基极1电阻崩溃，因此电容器开始放电。当电容器两端的电压变为UJT的谷点电压时，发射极 - 基极1电阻恢复为高电阻，因此UJT驱动进入截止模式。因此电容器再次开始充电，并重复此过程并在电容器上产生锯齿波形。

非稳态多谐振荡器电路

非稳态多谐振荡器是一种产生周期性方波的张弛振荡器。方波的幅度在一段时间内是恒定的，然后突然变化到另一个水平，进一步保持不变，这些突然变化周期性地进行。

下图显示了非稳态多输入电路，它在没有任何外部信号的情况下连续产生方波。它由两级电阻耦合放大器组成，每一级的输出相互耦合作为再生。它由两个准稳定状态组成，相关电路在没有任何触发的情况下将其状态从一个准状态更改为另一种。

当给电路供电时，T1比T2导通（由于两级电路的不对称分量不平衡），这意味着T1的集电极电流大于T2的集电极电流，因此Vc1小于Vc2。

由于这个电压Vc1耦合到T2的基极，T2的集电极电流进一步减小，最终Vc2接近Vcc。这个过程将一直持续到晶体管T1完全导通而T2完全关闭为止，这是C2通过Rc2充电的一种准稳定状态。

与此同时，电容器C1（已经充电）通过T1和R1放电，使T2的基极突然变为Vcc。因此，没有电流流过T1的基极，它停止导通。现在，随着基极电流的增加，T2开始导通。这个过程将一直持续到T2完全开启并且T1完全关闭，这是另一个准稳定状态。电压 Vc1 和 Vc2 呈方波形状，它们相互补充，同时整个过程继续进行。

使用运算放大器的张弛振荡器电路

运算放大器张弛振荡器也称为非稳态多谐振荡器，它用于产生方波。运算放大器张弛振荡器的电路图如下图所示。

该电路包含一个电容器、电阻器和一个运算放大器。 

运算放大器的同相端连接一个RC电路。因此，电容电压V C与运算放大器同相端V-的电压相同，反相端与电阻相连。当运算放大器与正反馈一起使用时，如上述电路图所示，该电路称为施密特触发器。

当V+大于V-时，输出电压为+12V。而当V-大于V+时，输出电压为-12V。

对于初始条件，在时间 t=0，假设电容器完全放电。因此，非反相端的电压为V-=0，反相端电压V+等于βV out。

为了便于计算，假定认为R2和R3是相同的。因此，β=2且βVout=6V。因此，电容器将充电和放电高达6V。

在这种情况下，V+大于 V-。所以，输出电压V out =+12V，电容器开始充电。

当电容电压大于6V时，V-大于V+。因此，输出电压变为-12V。

在这种情况下，反相端电压会改变其极性。所以，V+=-6V。

现在，电容器放电至 -6V。当电容电压小于-6V时，V+又大于V-。

因此，输出电压再次从-12V变为+12V。再次，电容器开始充电。所以，电容的充放电循环会在输出端产生一个周期性重复的方波，如下图所示。

使用555定时器的张弛振荡器电路

使用555定时器可以实现张弛振荡器或非稳态多谐振荡器，其电路如下。输出波形的脉冲宽度取决于RC时间常数。电路连接为，引脚4直接连接到电源；Pin6和Pin2短接在一起；并在引脚3输出被取出。

当向电路提供电源电压时，电容器开始使用电源Vcc充电。然后引脚3的输出为高电平（由于放电端子开路）。

当电容电压达到2/3Vcc时，内部触发器发生变化，放电端对地短路，因此输出变为低电平。工作频率可以通过改变电阻和电容的值来改变。

以这种方式操作555定时器，它没有稳定的状态，这仅意味着它不能无限期地保持在任何一种状态。因此在输出端获得一系列矩形脉冲。

张弛振荡器的应用

张弛振荡器用于许多应用，下面列出了其中一些应用：

• 示波器
• 电视接收器
• 频闪仪
• 电子相机闪光灯
• 在数字电路中产生时钟信号
• 用于触发基于晶闸管的电路和设备

总结

据了解，张弛振荡器被定义为可以产生非正弦重复输出信号的非线性电子振荡器电路。第一次世界大战期间，亨利·亚伯拉罕和尤金·布洛赫使用真空管发明了张弛振荡器。振荡器分为两种不同的类别；线性振荡器（用于正弦波形）和张弛振荡器（用于非正弦波形）。

此外，张弛振荡器必须在其输出端为三角波、方波和矩形波等非正弦波形提供重复性和周期性信号。以上介绍的几种电路都是比较常见的张弛振荡器应用电路。