第6章 多谐振荡器

1、6.4 自激多谐振荡器自激多谐振荡器6.4.1 由门电路组成的多谐振荡器由门电路组成的多谐振荡器6.4.2用施密特触发器构成波形产生电路用施密特触发器构成波形产生电路6.4.3 石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器自激荡振荡器自激荡振荡器不需外加触发信号，自动产生矩形脉冲不需外加触发信号，自动产生矩形脉冲6.4自激自激多谐振荡器多谐振荡器自激荡振荡器：电路由开关器件和反馈延时自激荡振荡器：电路由开关器件和反馈延时环节组成。环节组成。基本结构基本结构开关电路：逻辑门、电压比开关电路：逻辑门、电压比较器、定时器等，其作用是较器、定时器等，其作用是产生脉冲信号的高低电平。产生脉冲信号的高低电平。反馈

2、延迟环节一般为反馈延迟环节一般为RC 电电路，路，RC 电路将输出电压延电路将输出电压延迟后，恰当地反馈到开关电迟后，恰当地反馈到开关电路器件输入端，以改变其输路器件输入端，以改变其输出状态。出状态。6.4.1 由由CMOS门门电路组成的多谐振荡器电路组成的多谐振荡器 1. 电路组成电路组成 vID1 D2 TP TN vO1 R C D4 D3 TP TN vOG1 G2 +VDD VC 1 1 vI vO1 vO C R G1 G2 组成的多谐振荡器组成的多谐振荡器o1 =1, o =0 时时,电容充电电容充电, I增加增加;o1 =0, o =1 时时,电容放电电容放电, I下降下降;o

3、1与与o反相反相,电容接在电容接在o与与I之间之间: 2. 工作原理工作原理电容充电电容充电vIDDTH0O 2NFFVVVV假定假定 电路初态：电路初态：=1vO1=0vOvI= 0V（1）t=0接通电源，电容尚未充电，电路处于第一暂稳态接通电源，电容尚未充电，电路处于第一暂稳态vI当当=VTH 时时，使电路进入第二暂稳态，使电路进入第二暂稳态，vo1=0, vo=vI=1vIvO1vO G1 G2 VDD TP D3 TP D1 充充 电电 vI D2 TN TN vO1 vO D4 R C vIVDDVTH0ttvOVDD0电容放电电容放电vIvI当当=VTH 时时，迅速使得迅速使得vO

4、1=VOH, vI=vO=VOL电路返回第一暂稳态电路返回第一暂稳态2. 工作原理工作原理vIvO1vO G1 G2 VDD TP D3 TP D1 放放电电 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 暂暂稳稳态态 第第二二 暂暂稳稳态态 t （2）进入第二暂稳态瞬间，）进入第二暂稳态瞬间，vo=VDD, vI=VDD+VTH VDD+V+vO1=vOL TRC1n41.4RC 由门电路组成的多谐振荡器的振由门电路组成的多谐振荡器的振荡周期荡周期T取决于取决于R、C电路和电路和 VTH，频率稳定

5、性较差。频率稳定性较差。 3. 振荡周期的计算振荡周期的计算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 暂暂稳稳态态 第第二二 暂暂稳稳态态 t t3 6.4.2 环形振荡器环形振荡器 环形振荡器就是利用延迟负反馈产生振荡的。它是环形振荡器就是利用延迟负反馈产生振荡的。它是利用门电路的

6、传输延迟时间将奇数个反相器首尾相接利用门电路的传输延迟时间将奇数个反相器首尾相接而构成的。而构成的。1.最简单的环形振荡器最简单的环形振荡器图图6.4.56.4.2 环形振荡器环形振荡器vI1由于某种原因产生一微由于某种原因产生一微小正跳变，则经过小正跳变，则经过G1门的门的传输时间传输时间tpd后，后， vI2产生产生幅度增大的负跳变，再经幅度增大的负跳变，再经过过G2门的传输时间门的传输时间tpd后，后， vI3 产生幅度增大的正跳产生幅度增大的正跳变，再经过变，再经过G3门的传输时门的传输时间间tpd后，后， vo（ vI1）产生）产生幅度更大的负跳变，同理幅度更大的负跳变，同理再经过再

7、经过3tpd后后vI1跳变为高跳变为高电平。周而复始，产生振电平。周而复始，产生振荡。荡。工作原理：工作原理：振荡周期为振荡周期为pdtT6其中其中tpd为反相器的传输为反相器的传输延迟时间延迟时间6.4.2 环形振荡器环形振荡器同理若将任何大于、等同理若将任何大于、等于于3的奇数个反相器首尾的奇数个反相器首尾相联成环形电路，都你相联成环形电路，都你能产生自激振荡，且周能产生自激振荡，且周期为期为pdntT2其中其中n为串联反相器的个数为串联反相器的个数改进电路如图改进电路如图6.4.7(a)所示，所示，其中增加了其中增加了RC积分环节，积分环节，加大了第二节的延迟时间加大了第二节的延迟时间图

8、图6.4.5所示的环所示的环形振荡器电路虽形振荡器电路虽然简单，但由于然简单，但由于门电路的传输时门电路的传输时间很小，故振荡间很小，故振荡频率很高，频率频率很高，频率很难调节。很难调节。6.4.2 环形振荡器环形振荡器2.实用的环形振荡器实用的环形振荡器图图6.4.5图图6.4.7(a)但但RC电路的充、放电的持电路的充、放电的持续时间很短，为了获取更续时间很短，为了获取更大的延迟，将大的延迟，将C的接地端的接地端改到改到G1的输出端，如图的输出端，如图6.4.7(b)所示所示图图6.4.7(a)6.4.2 环形振荡器环形振荡器图图6.4.7(b)其中其中Rs为保护电阻为保护电阻6.4.3用

9、施密特触发器构成的多谐振荡器用施密特触发器构成的多谐振荡器0VT+VT-vivo6.4.3用施密特触发器构成的多谐振荡器用施密特触发器构成的多谐振荡器T1 = RC ln VDD- -VT- -VDD- -VT+T2 = RC ln VT+VT- -T=T1+T2振荡周期计算：振荡周期计算：用施密特触发器构成的多谐振荡器用施密特触发器构成的多谐振荡器- 占空比可调电路占空比可调电路1CUIUOR2R1+充电经过充电经过R2 ，放电经过，放电经过R1 ，T1= R2C ln VDD- -VT- -VDD- -VT+T2= R1C ln VT+VT- -q =T1/TT=T1+T2调节调节R1 或

10、或 R2 ，即可调节，即可调节q6.4.4 石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器6.4.4 石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器当当UO的频率的频率f = fo 时，反馈最强，电路才起振。时，反馈最强，电路才起振。fo 的稳定度极高，这就解决了多谐振荡器的稳频问题。的稳定度极高，这就解决了多谐振荡器的稳频问题。结果：结果： f = fo 。石英晶体多谐振荡器的震荡频率取决于石英晶体的固石英晶体多谐振荡器的震荡频率取决于石英晶体的固有谐振频率有谐振频率f0，而与外接电阻、电容无关。，而与外接电阻、电容无关。6.4.5 石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器常用晶振常用晶振:32768Hz=215Hz4.194304MHz=223Hz各种固有振荡频率各种固有振荡频率fo的石英晶体已做成成品，可根的石英晶体已做成成品，可根据所购晶体的据所购晶体的fo选择电路的外接选择电路的外接RF 和和C，fo一般都很高，应利用分频器将一般都很高，应利用分频器将fo分频为所需频率。分频为所需频率。6.4.5 压控振荡器压控振荡