多谐振荡器教学课件

1、封面返回多谐振荡器西藏阿里新藏公路前言前言 多谐振荡器又称无稳态电路，主要用于产生各种方波或时钟脉冲信号。典型的多谐振荡器是： (1)自激多谐振荡器； (2)石英晶体振荡器。返回学习主页多谐振荡器 使用说明：要学习哪部分内容，只需把鼠标移到相应的目录上单击鼠标左键即可，按空格键或鼠标左键将按目录顺序学习。自激多谐振荡器石英晶体振荡器结束参考资料泰国皇宫返回一、基本环形振荡器1.环形振荡器基本工作原理只考虑与非门理想情形下的工作过程分析一、基本环形振荡器多谐振荡器 1、环形振荡器基本电路和工作原理 基本电路：三个TTL与非门首尾相接。vIvO2vO3vO1理想状态下的工作过程分析：设输入一个脉冲

2、信号。 反馈的脉冲与输入脉冲反相，是负反馈。 理想状态下（不考虑级间延时），显然此电路不可能产生 振荡。因为反馈信号与输入信号相位差为反相 (180) 而不是同相(0或360)。但考虑延时后，情形就不一样了。继续本页完vIvO(vO1)vO2vO3111ttttOOOOvIvO(vO1)vO2vO3考虑与非门有延时情形下的工作过程分析一、基本环形振荡器多谐振荡器 1、环形振荡器基本电路和工作原理vIvO2vO3vO1 考虑与非门延时tpd情形下的工作过程分析：继续本页完111延时一个tpd，vO1翻转。再延时一个tpd，vO2翻转。再延时一个tpd，vO3翻转。每一间隔为一个tpd。 设电路接

3、通瞬间vI为高电平。 只要接通电源，电路就会产生一系的脉冲，称为自激振荡。vO3的反馈使vI翻转为0。vO3的反馈使vI翻转为1。 基本电路：三个TTL与非门首尾相接。理想状态下的工作过程分析：ttttOOOOvIvO(vO1)vO2vO3考虑与非门有延时情形下的工作过程分析一、基本环形振荡器多谐振荡器 1、环形振荡器基本电路和工作原理 每一个与非门都产生一个tpd 延时，每个延时产生60移相，三个门共产生180移相；又每个与非门本身产生180相移，三个门产生540的移相，整个电路产生720移相即2360，符合正反馈的相位要求。6tpd振荡周期为6tpd。 基本原理：TTL与非门的倒相及延时作

4、用引起自激振荡。继续本页完111vIvO2vO3vO1 基本电路：三个TTL与非门首尾相接。理想状态下的工作过程分析： 考虑与非门延时tpd情形下的工作过程分析：ttttOOOOvIvO(vO1)vO2vO32.环形振荡器的作用一、基本环形振荡器多谐振荡器 1、环形振荡器基本电路和工作原理 2、环形振荡器的作用 由波形可以看出，每个与非门产生的延时约是60相位，振荡周期T=6tpd，振荡频率高且不可调。继续本页完111vIvO2vO3vO16tpd振荡周期为6tpd。 实际应用：工厂常用这种电路测试与非门的延迟参数tpd。ttttOOOO二、频率可调的环形振荡器1.电路形式多谐振荡器 二、频率

5、可调的环形振荡器 电路形式 在三个与非门之间加入了一个RC延时网络，由于RC较大，可忽略tpd，并且可以改变RC值使振荡频率改变。RS起隔离作用，把电容C的输出vI3与G3的输入隔离开。RC定时网络RS隔离电阻继续本页完vO1 RvI3RSCvI2vO2vO(vO3)vI1G1G2G3111vO1 RvI3RSCvI2vO2vO(vO3)vI1G1G2G32.工作过程及思路分析多谐振荡器vO (vI1)vO2vI3vO1 (vI2 )1.4Vtttt 二、频率可调的环形振荡器 电路形式 工作过程及波形分析 分析思路：C是“心脏”，关键点是vI3。接通电源时，C的充放电使vI3电压发生变化。每当

6、vI3到达阈值电压VT=1.4V时，电路就会翻转，电路不停的自动翻转，就会在vO输出一系列的矩形脉冲，即电路产生了振荡。继续本页完111C 电容器C是维持电路工作的“心脏”，电容C的不断充放电令电路产生振荡。 电路关键点电压值vI3。此电压只要到达阈值电压VT，电路就翻转一次。vO1 RvI3RSCvI2vO2vO(vO3)vI1G1G2G3第一暂稳态多谐振荡器1.4Vtttt 二、频率可调的环形振荡器 电路形式 C电压不能突变. 工作过程及波形分析第一暂稳态 设接通电源的瞬间，各门电路动作，设G3抢先导通，输出低电平。0101 接通电源时各与非门的状态。继续本页完000 接通电源瞬间G3抢先

7、导通，输出0。111CvO (vI1)vO2vI3vO1 (vI2 )1vO1 RvI3RSCvI2vO2vO(vO3)vI1G1G2G3第一暂稳态多谐振荡器tttt 二、频率可调的环形振荡器 电路形式 工作过程及波形分析第一暂稳态001011 显然，第一暂稳态维持至vI3下降到VT时。+ -+ - 同时，第一暂稳态的时间T1的长短由RC和 G1、G2的输出电阻决定。T1继续本页完111vI3下降 第一暂稳态波形。G1对C充电C1.4VvO (vI1)vO2vI3vO1 (vI2 ) 只要vI3未降至VT时，电路各点状态保持不变，处于第一暂稳态。 设接通电源的瞬间，各门电路动作，设G3抢先导通

8、，输出低电平。vO1 RvI3RSCvI2vO2vO(vO3)vI1G1G2G3111第一次翻转多谐振荡器 当vI3下降至VT 瞬间.tttt 二、频率可调的环形振荡器 电路形式 工作过程及波形分析第一暂稳态 第一次翻转001011+ -+ -G3翻转充电电流消失T1 当vI3下降至VT 瞬间。110引起连锁反应继续本页完1CVT C两端电压不能突变，所以vI3的电势比0还低，为负值。亦作为“0”。001.4VvO (vI1)vO2vI3vO1 (vI2 )第一次翻转多谐振荡器tttt 二、频率可调的环形振荡器 电路形式 工作过程及波形分析第一暂稳态 第一次翻转001+ -+ -T1110继续

9、本页完C1vO1 RvI3RSCvI2vO2vO(vO3)vI1G1G2G31111.4VvO (vI1)vO2vI3vO1 (vI2 ) 当vI3下降至VT 瞬间.G3翻转充电电流消失 当vI3下降至VT 瞬间。引起连锁反应 C两端电压不能突变，所以vI3的电势比0还低，为负值。亦作为“0”。 第一次翻转的波形。00vO1 RvI3RSCvI2vO2vO(vO3)vI1G1G2G3111第二暂态多谐振荡器tttt 二、频率可调的环形振荡器 电路形式 电路翻转后，G2 对C反向充电。 工作过程及波形分析第一暂稳态 第一次翻转001 翻转后，电容电流的方向发生了改变。+ -+ -T1110 第二

10、暂稳态+ -+ -继续本页完C1001.4VvO (vI1)vO2vI3vO1 (vI2 ) C上原电荷逐渐减少至0，然后电容电荷极性相反增加。vO1 RvI3RSCvI2vO2vO(vO3)vI1G1G2G3111第二暂态多谐振荡器tttt 二、频率可调的环形振荡器 电路形式 工作过程及波形分析第一暂稳态 第一次翻转001- +T1110- +vI3上升 只要vI3 未升至VT时，电路各点状态保持不变，处于第二暂稳态。第二暂稳态波形图 同理，这个暂稳态一直持续至vI3=VT时结束。第二暂稳态时间T2的长短仍由RC和G1、 G2的输出电阻决定。T2继续本页完C 电路翻转后，G2对C反向充电.1

11、001.4VvO (vI1)vO2vI3vO1 (vI2 ) 翻转后，电容电流的方向发生了改变。 C上原电荷逐渐减少至0，然后电容电荷极性相反增加。 第二暂稳态vO1 RvI3RSCvI2vO2vO(vO3)vI1G1G2G311101 第二次翻转波形图。第二暂态多谐振荡器tttt 二、频率可调的环形振荡器 电路形式 工作过程及波形分析第一暂稳态 第一次翻转00 第二次翻转- +T111- +T2G3翻转 当vI3升至VT瞬间.继续本页完C100VT1000 此时电流的方向再次相反。1.4VvO (vI1)vO2vI3vO1 (vI2 ) C两端电压不能突变，所以vI3的电势比vO1还高。 第

12、二暂稳态vO1 RvI3RSCvI2vO2vO(vO3)vI1G1G2G3111进入第二周期多谐振荡器tttt 二、频率可调的环形振荡器 电路形式 工作过程及波形分析第一暂稳态 第一次翻转 第二次翻转- +T1- +T2 电路进入第二个周期的循环。继续本页完C110001.4VvO (vI1)vO2vI3vO1 (vI2 ) 此时电流的方向再次相反。 第二暂稳态3.振荡周期的计算多谐振荡器tttt 二、频率可调的环形振荡器 电路形式 工作过程及波形分析第一暂稳态 第一次翻转 第二次翻转T1T2 振荡周期的计算T1=1.1C(R+Ro)T2=0.9C(R+Ro)T=T1+T2=2C(R+Ro)

13、电路进入第二个周期的循环。继续本页完vO1 RvI3RSCvI2vO2vO(vO3)vI1G1G2G3111- +- +C110001.4VvO (vI1)vO2vI3vO1 (vI2 ) 此时电流的方向再次相反。 第二暂稳态过度多谐振荡器tttt 二、频率可调的环形振荡器 电路形式 工作过程及波形分析第一暂稳态 第一次翻转 第二次翻转T1T2 振荡周期的计算T=T1+T2=2C(R+Ro) 电路进入第二个周期的循环。继续vO1 RvI3RSCvI2vO2vO(vO3)vI1G1G2G3111- +- +C110001.4VvO (vI1)vO2vI3vO1 (vI2 ) 此时电流的方向再次相

14、反。 第二暂稳态振荡周期的计算式多谐振荡器tttt 二、频率可调的环形振荡器 电路形式 工作过程及波形分析第一暂稳态 第一次翻转 第二次翻转T1T2 振荡周期的计算T=T1+T2=2C(R+Ro) 电路进入第二个周期的循环。继续本页完 一般可用以下关系式估算振荡周期T2.2RCvO1 RvI3RSCvI2vO2vO(vO3)vI1G1G2G3111- +- +C110001.4VvO (vI1)vO2vI3vO1 (vI2 ) 此时电流的方向再次相反。 第二暂稳态本内容结束页多谐振荡器tttt 二、频率可调的环形振荡器 电路形式 工作过程及波形分析第一暂稳态 第一次翻转 第二次翻转T1T2 振

15、荡周期的计算 电路进入第二个周期的循环。继续本页完 一般可用以下关系式估算振荡周期vO1 RvI3RSCvI2vO2vO(vO3)vI1G1G2G3111- +- +C110001.4V 本内容学习完毕，单击返回，返回主页，单击总结，至本内容学习总结，单击资料，可至不同RC的频率组合表格，单击继续，继续学习。返回总结资料继续vO (vI1)vO2vI3vO1 (vI2 ) 此时电流的方向再次相反。T=T1+T2=2C(R+Ro)T2.2RC 第二暂稳态三、石英晶体振荡器多谐振荡器三、石英晶体振荡器 利用石英晶体的谐振频率高稳定度做成的振荡器，振荡器的振荡频率由晶体的串联谐振频率决定。 图中的石

16、英晶体代替反馈电容C与G1、G2构成正反馈，接通电路时产生的各种频率的正弦波中，只有与晶体串联谐振频率fs相同的晶体才呈低阻抗，正反馈通路才能连通，晶体对其他的振荡频率呈高阻抗。所以本电路能产生与晶体串联谐振频率相近的振荡频率。 串联谐振频率fs ，此时晶体对这个频率的阻抗最小，亦即衰减最小。X0f fs fp 石英晶体阻抗频率特性f1 f2 fs fnf1 f2 fs fn 接通电路瞬间，电路产生若干频率的正弦波。 若干频率的正弦波经晶体后，晶体只让fs通过，其它频率的正弦波被衰减。 fs 此频率经两级与非门可构成正反馈，形成振荡。继续本页完R晶体RC1C2vOG1G211 利用石英晶体的谐

17、振频率高稳定度做成的振荡器，振荡器的振荡频率由晶体的串联谐振频率决定。 图中的石英晶体代替反馈电容C与G1、G2构成正反馈，接通电路时产生的各种频率的正弦波中，只有与晶体串联谐振频率fs相同的晶体才呈低阻抗，正反馈通路才能连通，晶体对其他的振荡频率呈高阻抗。所以本电路能产生与晶体串联谐振频率相近的振荡频率。R晶体RC1C2vOG1G2三、石英晶体振荡器多谐振荡器三、石英晶体振荡器 两个R的作用是保证两个反相器工作在线性放大区。X0f fs fp 石英晶体阻抗频率特性0.511.52Vi (V )3.50.61.32.4ABCD1.43210Vo (V)0.3V反相门传输特性曲线反相器的线性放大

18、区。继续本页完11三、石英晶体振荡器多谐振荡器三、石英晶体振荡器X0f fs fp 石英晶体阻抗频率特性继续本页完R晶体RC1C2vOG1G211 利用石英晶体的谐振频率高稳定度做成的振荡器，振荡器的振荡频率由晶体的串联谐振频率决定。 图中的石英晶体代替反馈电容C与G1、G2构成正反馈，接通电路时产生的各种频率的正弦波中，只有与晶体串联谐振频率fs相同的晶体才呈低阻抗，正反馈通路才能连通，晶体对其他的振荡频率呈高阻抗。所以本电路能产生与晶体串联谐振频率相近的振荡频率。C1用于级间耦合C2抑制谐波(滤波)R晶体RC1C2vOG1G2vOG31三、石英晶体振荡器多谐振荡器三、石英晶体振荡器X0f

19、fs fp 石英晶体阻抗频率特性C2 但由于晶体是对正弦波产生正反馈，所以振荡波形不太理想，必须接上G3对波形进行整形，达到改善波形的效果。 石英晶体振荡器学习完毕，单击返回，返回本节主页，单击结束，结束学习。返回结束继续本页完11 利用石英晶体的谐振频率高稳定度做成的振荡器，振荡器的振荡频率由晶体的串联谐振频率决定。参考资料参考资料 使用说明：要学习哪部分内容，只需把鼠标移到相应的目录上单击鼠标左键即可，按空格键或鼠标左键将按目录顺序学习。频率可大范围调节的环形振荡器振荡频率参考表返回链入点返回主页1.频率调节范围大的环形振荡器vI2 RACG1G2G3vI1VCCG430010kvO1vO2vO扩大振荡频率范围的振荡电路多谐振荡器1.频率调节范围大的环形振荡器 一般环形振荡电路由于R不能太大，只能小于1k，所以限制了振荡器的振荡频率的范围。继续本页完1111vO2 RARSCvI2vO2vO(vO3)vI1G1G2G3111vI2 RACG1G2G3vI1VCCG430010kvO1vO2vO1.频率调节范围大的环形振荡器多谐振荡器2.工作过程分析 三极管接成射随器，起到隔离G2与G3