第6章 多諧振蕩器

1、6.4 自激多諧振蕩器自激多諧振蕩器6.4.1 由門電路組成的多諧振蕩器由門電路組成的多諧振蕩器6.4.2用施密特觸發(fā)器構(gòu)成波形產(chǎn)生電路用施密特觸發(fā)器構(gòu)成波形產(chǎn)生電路6.4.3 石英晶體多諧振蕩器石英晶體多諧振蕩器自激蕩振蕩器自激蕩振蕩器不需外加觸發(fā)信號(hào)，自動(dòng)產(chǎn)生矩形脈沖不需外加觸發(fā)信號(hào)，自動(dòng)產(chǎn)生矩形脈沖6.4自激自激多諧振蕩器多諧振蕩器自激蕩振蕩器：電路由開關(guān)器件和反饋延時(shí)自激蕩振蕩器：電路由開關(guān)器件和反饋延時(shí)環(huán)節(jié)組成。環(huán)節(jié)組成?；窘Y(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)開關(guān)電路：邏輯門、電壓比開關(guān)電路：邏輯門、電壓比較器、定時(shí)器等，其作用是較器、定時(shí)器等，其作用是產(chǎn)生脈沖信號(hào)的高低電平。產(chǎn)生脈沖信號(hào)的高低電平。反饋

2、延遲環(huán)節(jié)一般為反饋延遲環(huán)節(jié)一般為RC 電電路，路，RC 電路將輸出電壓延電路將輸出電壓延遲后，恰當(dāng)?shù)胤答伒介_關(guān)電遲后，恰當(dāng)?shù)胤答伒介_關(guān)電路器件輸入端，以改變其輸路器件輸入端，以改變其輸出狀態(tài)。出狀態(tài)。6.4.1 由由CMOS門門電路組成的多諧振蕩器電路組成的多諧振蕩器 1. 電路組成電路組成 vID1 D2 TP TN vO1 R C D4 D3 TP TN vOG1 G2 +VDD VC 1 1 vI vO1 vO C R G1 G2 組成的多諧振蕩器組成的多諧振蕩器o1 =1, o =0 時(shí)時(shí),電容充電電容充電, I增加增加;o1 =0, o =1 時(shí)時(shí),電容放電電容放電, I下降下降;o

3、1與與o反相反相,電容接在電容接在o與與I之間之間: 2. 工作原理工作原理電容充電電容充電vIDDTH0O 2NFFVVVV假定假定 電路初態(tài)：電路初態(tài)：=1vO1=0vOvI= 0V（1）t=0接通電源，電容尚未充電，電路處于第一暫穩(wěn)態(tài)接通電源，電容尚未充電，電路處于第一暫穩(wěn)態(tài)vI當(dāng)當(dāng)=VTH 時(shí)時(shí)，使電路進(jìn)入第二暫穩(wěn)態(tài)，使電路進(jìn)入第二暫穩(wěn)態(tài)，vo1=0, vo=vI=1vIvO1vO G1 G2 VDD TP D3 TP D1 充充 電電 vI D2 TN TN vO1 vO D4 R C vIVDDVTH0ttvOVDD0電容放電電容放電vIvI當(dāng)當(dāng)=VTH 時(shí)時(shí)，迅速使得迅速使得vO

4、1=VOH, vI=vO=VOL電路返回第一暫穩(wěn)態(tài)電路返回第一暫穩(wěn)態(tài)2. 工作原理工作原理vIvO1vO G1 G2 VDD TP D3 TP D1 放放電電 vI D2 TN TN vO1 vO D4 R C vI VTH O VDD V V t vO VDD O T1 T2 t1 t2 第第一一 暫暫穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài) 第第二二 暫暫穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài) t （2）進(jìn)入第二暫穩(wěn)態(tài)瞬間，）進(jìn)入第二暫穩(wěn)態(tài)瞬間，vo=VDD, vI=VDD+VTH VDD+V+vO1=vOL TRC1n41.4RC 由門電路組成的多諧振蕩器的振由門電路組成的多諧振蕩器的振蕩周期蕩周期T取決于取決于R、C電路和電路和 VTH，頻率穩(wěn)定

5、性較差。頻率穩(wěn)定性較差。 3. 振蕩周期的計(jì)算振蕩周期的計(jì)算THDDDD1lnVVVRCT THDD2n1VVRCT vI(0+) 0；vC( ) VDD =RC, t = t2-t1T1 :vI(0+) VDD ；vC( ) 0 =RC, t = t3-t2T2 : THTHDD2DD21n1V)VV(VRCTTT vI VTH O VDD V V t vO2 VDD O T1 T2 t1 t2 t2 第第一一 暫暫穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài) 第第二二 暫暫穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài) t t3 6.4.2 環(huán)形振蕩器環(huán)形振蕩器 環(huán)形振蕩器就是利用延遲負(fù)反饋產(chǎn)生振蕩的。它是環(huán)形振蕩器就是利用延遲負(fù)反饋產(chǎn)生振蕩的。它是利用門電路的

6、傳輸延遲時(shí)間將奇數(shù)個(gè)反相器首尾相接利用門電路的傳輸延遲時(shí)間將奇數(shù)個(gè)反相器首尾相接而構(gòu)成的。而構(gòu)成的。1.最簡(jiǎn)單的環(huán)形振蕩器最簡(jiǎn)單的環(huán)形振蕩器圖圖6.4.56.4.2 環(huán)形振蕩器環(huán)形振蕩器vI1由于某種原因產(chǎn)生一微由于某種原因產(chǎn)生一微小正跳變，則經(jīng)過(guò)小正跳變，則經(jīng)過(guò)G1門的門的傳輸時(shí)間傳輸時(shí)間tpd后，后， vI2產(chǎn)生產(chǎn)生幅度增大的負(fù)跳變，再經(jīng)幅度增大的負(fù)跳變，再經(jīng)過(guò)過(guò)G2門的傳輸時(shí)間門的傳輸時(shí)間tpd后，后， vI3 產(chǎn)生幅度增大的正跳產(chǎn)生幅度增大的正跳變，再經(jīng)過(guò)變，再經(jīng)過(guò)G3門的傳輸時(shí)門的傳輸時(shí)間間tpd后，后， vo（ vI1）產(chǎn)生）產(chǎn)生幅度更大的負(fù)跳變，同理幅度更大的負(fù)跳變，同理再經(jīng)過(guò)再

7、經(jīng)過(guò)3tpd后后vI1跳變?yōu)楦咛優(yōu)楦唠娖?。周而?fù)始，產(chǎn)生振電平。周而復(fù)始，產(chǎn)生振蕩。蕩。工作原理：工作原理：振蕩周期為振蕩周期為pdtT6其中其中tpd為反相器的傳輸為反相器的傳輸延遲時(shí)間延遲時(shí)間6.4.2 環(huán)形振蕩器環(huán)形振蕩器同理若將任何大于、等同理若將任何大于、等于于3的奇數(shù)個(gè)反相器首尾的奇數(shù)個(gè)反相器首尾相聯(lián)成環(huán)形電路，都你相聯(lián)成環(huán)形電路，都你能產(chǎn)生自激振蕩，且周能產(chǎn)生自激振蕩，且周期為期為pdntT2其中其中n為串聯(lián)反相器的個(gè)數(shù)為串聯(lián)反相器的個(gè)數(shù)改進(jìn)電路如圖改進(jìn)電路如圖6.4.7(a)所示，所示，其中增加了其中增加了RC積分環(huán)節(jié)，積分環(huán)節(jié)，加大了第二節(jié)的延遲時(shí)間加大了第二節(jié)的延遲時(shí)間圖

8、圖6.4.5所示的環(huán)所示的環(huán)形振蕩器電路雖形振蕩器電路雖然簡(jiǎn)單，但由于然簡(jiǎn)單，但由于門電路的傳輸時(shí)門電路的傳輸時(shí)間很小，故振蕩間很小，故振蕩頻率很高，頻率頻率很高，頻率很難調(diào)節(jié)。很難調(diào)節(jié)。6.4.2 環(huán)形振蕩器環(huán)形振蕩器2.實(shí)用的環(huán)形振蕩器實(shí)用的環(huán)形振蕩器圖圖6.4.5圖圖6.4.7(a)但但RC電路的充、放電的持電路的充、放電的持續(xù)時(shí)間很短，為了獲取更續(xù)時(shí)間很短，為了獲取更大的延遲，將大的延遲，將C的接地端的接地端改到改到G1的輸出端，如圖的輸出端，如圖6.4.7(b)所示所示圖圖6.4.7(a)6.4.2 環(huán)形振蕩器環(huán)形振蕩器圖圖6.4.7(b)其中其中Rs為保護(hù)電阻為保護(hù)電阻6.4.3用

9、施密特觸發(fā)器構(gòu)成的多諧振蕩器用施密特觸發(fā)器構(gòu)成的多諧振蕩器0VT+VT-vivo6.4.3用施密特觸發(fā)器構(gòu)成的多諧振蕩器用施密特觸發(fā)器構(gòu)成的多諧振蕩器T1 = RC ln VDD- -VT- -VDD- -VT+T2 = RC ln VT+VT- -T=T1+T2振蕩周期計(jì)算：振蕩周期計(jì)算：用施密特觸發(fā)器構(gòu)成的多諧振蕩器用施密特觸發(fā)器構(gòu)成的多諧振蕩器- 占空比可調(diào)電路占空比可調(diào)電路1CUIUOR2R1+充電經(jīng)過(guò)充電經(jīng)過(guò)R2 ，放電經(jīng)過(guò)，放電經(jīng)過(guò)R1 ，T1= R2C ln VDD- -VT- -VDD- -VT+T2= R1C ln VT+VT- -q =T1/TT=T1+T2調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)R1 或

10、或 R2 ，即可調(diào)節(jié)，即可調(diào)節(jié)q6.4.4 石英晶體多諧振蕩器石英晶體多諧振蕩器6.4.4 石英晶體多諧振蕩器石英晶體多諧振蕩器當(dāng)當(dāng)UO的頻率的頻率f = fo 時(shí)，反饋?zhàn)顝?qiáng)，電路才起振。時(shí)，反饋?zhàn)顝?qiáng)，電路才起振。fo 的穩(wěn)定度極高，這就解決了多諧振蕩器的穩(wěn)頻問(wèn)題。的穩(wěn)定度極高，這就解決了多諧振蕩器的穩(wěn)頻問(wèn)題。結(jié)果：結(jié)果： f = fo 。石英晶體多諧振蕩器的震蕩頻率取決于石英晶體的固石英晶體多諧振蕩器的震蕩頻率取決于石英晶體的固有諧振頻率有諧振頻率f0，而與外接電阻、電容無(wú)關(guān)。，而與外接電阻、電容無(wú)關(guān)。6.4.5 石英晶體多諧振蕩器石英晶體多諧振蕩器常用晶振常用晶振:32768Hz=215Hz4.194304MHz=223Hz各種固有振蕩頻率各種固有振蕩頻率fo的石英晶體已做成成品，可根的石英晶體已做成成品，可根據(jù)所購(gòu)晶體的據(jù)所購(gòu)晶體的fo選擇電路的外接選擇電路的外接RF 和和C，fo一般都很高，應(yīng)利用分頻器將一般都很高，應(yīng)利用分頻器將fo分頻為所需頻率。分頻為所需頻率。6.4.5 壓控振蕩器壓控振蕩