多諧振蕩器課件

10.4.1對(duì)稱式多諧振蕩器10.4多諧振蕩器10.4.3環(huán)形振蕩器10.4.5石英晶體振蕩器返回結(jié)束放映7/30/2023110.4.1對(duì)稱式多諧振蕩器10.4多諧振蕩器1復(fù)習(xí)脈沖電路的研究重點(diǎn)與數(shù)字電路有何不同？常用脈沖波形的產(chǎn)生與變換電路有哪些？周期性矩形波的主要參數(shù)？施密特觸發(fā)器的特點(diǎn)和主要應(yīng)用？7/30/20232復(fù)習(xí)脈沖電路的研究重點(diǎn)與數(shù)字電路有何不同？7/27/20231．多諧振蕩器沒(méi)有穩(wěn)定狀態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。2．通過(guò)電容的充電和放電，使兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)相互交替，從而產(chǎn)生自激振蕩，無(wú)需外觸發(fā)。3．輸出周期性的矩形脈沖信號(hào)，由于含有豐富的諧波分量，故稱作多諧振蕩器。10.4.1多諧振蕩器7/30/202331．多諧振蕩器沒(méi)有穩(wěn)定狀態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。10.4.對(duì)稱方波,是偶函數(shù)且奇諧函數(shù)，只有奇次諧波的余弦項(xiàng)。

7/30/20234對(duì)稱方波,是偶函數(shù)且奇諧函數(shù)，只有奇次諧波的余弦項(xiàng)。7/2

對(duì)稱方波有限項(xiàng)的傅里葉級(jí)數(shù)：有限項(xiàng)的N越大，誤差越小例如:N=11時(shí)，7/30/20235

對(duì)稱方波有限項(xiàng)的傅里葉級(jí)數(shù)：有限項(xiàng)的N越大，誤差越小例如:10.4.1對(duì)稱式多諧振蕩器返回1.電路組成由兩個(gè)TTL反相器經(jīng)電容交叉耦合而成。通常令C1=C2=C，R1=R2=RF。為了使靜態(tài)時(shí)反相器工作在轉(zhuǎn)折區(qū)，具有較強(qiáng)的放大能力，應(yīng)滿足ROFF＜RF＜RON的條件。

圖5-14對(duì)稱式多諧振蕩器7/30/2023610.4.1對(duì)稱式多諧振蕩器返回1.電路組成由兩2.工作原理

假定接通電源后，由于某種原因使uI1有微小正跳變，則必然會(huì)引起如下的正反饋過(guò)程

：

使uB迅速跳變?yōu)榈碗娖?、uD迅速跳變?yōu)楦唠娖剑娐愤M(jìn)入第一暫穩(wěn)態(tài)。此后，uD的高電平對(duì)C1電容充電使uC升高，電容C2放電使uA降低。由于充電時(shí)間常數(shù)小于放電時(shí)間常數(shù)，所以充電速度較快，uC首先上升到G2的閾值電壓UTH，并引起如下的正反饋過(guò)程：+↑-↓-↓+↑7/30/202372.工作原理假定接通電源后，由于某種原因使uI1有使uO2迅速跳變?yōu)榈碗娖?、uO1迅速跳變?yōu)楦唠娖?，電路進(jìn)入第二暫穩(wěn)態(tài)。此后，C1放電、C2充電，C2充電使uI1上升，會(huì)引起又一次正反饋過(guò)程，電路又回到第一暫穩(wěn)態(tài)。這樣，周而復(fù)始，電路不停地在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間振蕩，輸出端產(chǎn)生了矩形脈沖。

7/30/20238使uO2迅速跳變?yōu)榈碗娖?、uO1迅速跳變?yōu)楦唠娖?，電路進(jìn)圖5-15對(duì)稱式多諧振蕩器的工作波形74LS04(TTL)CD4069(CMOS)電壓傳輸特性：7/30/20239圖5-15對(duì)稱式多諧振蕩器的工作波形74LS04(3.主要參數(shù)

矩形脈沖的振蕩周期為T≈1.3RFC當(dāng)取RF＝1kΩ、C＝I00pF～100μF時(shí)，則該電路的振蕩頻率可在幾赫到幾兆赫的范圍內(nèi)變化。7/30/2023103.主要參數(shù)矩形脈沖的振蕩周期為當(dāng)取RF＝1kΩ5.3.2環(huán)形振蕩器返回1.最簡(jiǎn)單的環(huán)形振蕩器

圖5-16最簡(jiǎn)單的環(huán)形振蕩器(a)電路(b)工作波形

利用集成門電路的傳輸延遲時(shí)間，將奇數(shù)個(gè)反相器首尾相連便可構(gòu)成最簡(jiǎn)單的環(huán)形振蕩器。該電路沒(méi)有穩(wěn)定狀態(tài)。

如此周而復(fù)始，便產(chǎn)生了自激振蕩。振蕩周期

T=6tpd。

7/30/2023115.3.2環(huán)形振蕩器返回1.最簡(jiǎn)單的環(huán)形振蕩器2.RC環(huán)形振蕩器

最簡(jiǎn)單的環(huán)形振蕩器構(gòu)成十分簡(jiǎn)單，但是并不實(shí)用。因?yàn)榧砷T電路的延遲時(shí)間tpd極短，而且振蕩周期不便調(diào)節(jié)。圖5-17RC環(huán)形振蕩器

利用電容C的充放電，改變uI3的電平(因?yàn)镽S很小,在分析時(shí)往往忽略它。)來(lái)控制G3周期性的導(dǎo)通和截止，在輸出端產(chǎn)生矩形脈沖。RS是限流電阻（保護(hù)G3），通常選100Ω左右。增加RC延遲環(huán)節(jié)，即可組成RC環(huán)形振蕩器電路。

7/30/2023122.RC環(huán)形振蕩器最簡(jiǎn)單的環(huán)形振蕩器構(gòu)成十分簡(jiǎn)單圖5-18RC環(huán)形振蕩器的工作波形電路的振蕩周期為

T≈2.2RC

R不能選得太大（一般1kΩ左右），否則電路不能正常振蕩。

。

7/30/202313圖5-18RC環(huán)形振蕩器的工作波形電路的振蕩周期3.CMOS反相器構(gòu)成的多諧振蕩器

R的選擇應(yīng)使G1工作在電壓傳輸特性的轉(zhuǎn)折區(qū)。此時(shí)，由于uO1即為uI2，G2也工作在電壓傳輸特性的轉(zhuǎn)折區(qū)，若uI有正向擾動(dòng)，必然引起下述正反饋過(guò)程：

圖5-19CMOS反相器構(gòu)成的多諧振蕩器7/30/2023143.CMOS反相器構(gòu)成的多諧振蕩器R的選擇應(yīng)使G隨著電容C的不斷充電，uI不斷上升，當(dāng)uI≥UTH時(shí)，電路又迅速跳變?yōu)榈谝粫悍€(wěn)態(tài)。如此周而復(fù)始，電路不停地在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間轉(zhuǎn)換，電路將輸出矩形波。振蕩周期為T＝1.4RC圖5-20CMOS反相器構(gòu)成多諧振蕩器的工作波形7/30/202315隨著電容C的不斷充電，uI不斷上升，當(dāng)uI≥UTH時(shí)，電使uO1迅速變成低電平，而uO2迅速變成高電平，電路進(jìn)入第一暫穩(wěn)態(tài)。此時(shí)，電容C通過(guò)R放電，然后uO2向C反向充電。隨著電容C的的放電和反向充電，uI不斷下降，達(dá)到uI＝UTH時(shí)，電路又產(chǎn)生一次正反饋過(guò)程：

從而使uO1迅速變成高電平，uO2迅速變成低電平，電路進(jìn)入第二暫穩(wěn)態(tài)。此時(shí)，uO1通過(guò)R向電容C充電。

7/30/202316使uO1迅速變成低電平，而uO2迅速變成高電平，電路進(jìn)入5.3.3石英晶體振蕩器返回前面介紹的多諧振蕩器的一個(gè)共同特點(diǎn)就是振蕩頻率不穩(wěn)定，容易受溫度、電源電壓波動(dòng)和RC參數(shù)誤差的影響。而在數(shù)字系統(tǒng)中，矩形脈沖信號(hào)常用作時(shí)鐘信號(hào)來(lái)控制和協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)的工作。因此，控制信號(hào)頻率不穩(wěn)定會(huì)直接影響到系統(tǒng)的工作，顯然，前面討論的多諧振蕩器是不能滿足要求的，必須采用頻率穩(wěn)定度很高的石英晶體多諧振蕩器。7/30/2023175.3.3石英晶體振蕩器返回前面介紹的多諧振蕩器的一石英晶體的阻抗頻率特性圖

石英晶體具有很好的選頻特性。當(dāng)振蕩信號(hào)的頻率和石英晶體的固有諧振頻率fo相同時(shí)，石英晶體呈現(xiàn)很低的阻抗，信號(hào)很容易通過(guò)，而其它頻率的信號(hào)則被衰減掉。7/30/202318石英晶體的阻抗頻率特性圖石英晶體具有很好的選頻特性。當(dāng)因此，將石英晶體串接在多諧振蕩器的回路中就可組成石英晶體振蕩器，這時(shí)，振蕩頻率只取決于石英晶體的固有諧振頻率fo，而與RC無(wú)關(guān)。圖5-21石英晶體振蕩器電路在對(duì)稱式多諧振蕩器的基礎(chǔ)上，串接一塊石英晶體，就可以構(gòu)成一個(gè)石英晶體振蕩器電路。該電路將產(chǎn)生穩(wěn)定度極高的矩形脈沖，其振蕩頻率由石英晶體的串聯(lián)諧振頻率fo決定。

7/30/202319因此，將石英晶體串接在多諧振蕩器的回路中就可組成石英晶體