多谐振荡器原理与电路分析

多谐振荡器原理与电路分析第一页，共五十三页，2022年，8月28日多諧振盪器的結構無穩態多諧振盪器(astablemultivibrator)單穩態多諧振盪器(monostablemultivibrator)雙穩態多諧振盪器(bistablemultivibrator)第二页，共五十三页，2022年，8月28日無穩態多諧振盪器無穩態多諧振盪器是不需要外加觸發信號就能發生振盪，屬於自激式多諧振盪器。單穩態多諧振盪器與雙穩態多諧振盪器是需要外加觸發信號才能發生振盪這是重點部分第三页，共五十三页，2022年，8月28日無穩態多諧振盪器基本電路圖電晶體式第四页，共五十三页，2022年，8月28日無穩態多諧振盪器原理說明(1)RB1、RC2與CB1形成電晶體Q1的順向電壓，RB2、RC1與CB2形成電晶體Q2的順向電壓，所以電晶體Q1、Q2皆會導通。當電源接上的瞬間第五页，共五十三页，2022年，8月28日無穩態多諧振盪器的波形第六页，共五十三页，2022年，8月28日無穩態多諧振盪器原理說明(2)當電晶體Q1、Q2皆導通時，基極電流會向CB1、CB2充電。假設β1是電晶體Q1的電流增益，β2是電晶體Q1的電流增益，且β1＞β2第七页，共五十三页，2022年，8月28日無穩態多諧振盪器原理說明(3)此時IC1＞IC2→VC1＜VC2→VB1＞VB2→IB1＞IB2→IC1＞IC2如此循環下去，終會讓電晶體Q1飽和，VCE1≒0V、電晶體Q2截止VCE1≒VCC第八页，共五十三页，2022年，8月28日無穩態多諧振盪器原理說明(3-1)當電源接上時(1)第九页，共五十三页，2022年，8月28日無穩態多諧振盪器原理說明(3-2)當電源接上時(2)第十页，共五十三页，2022年，8月28日無穩態多諧振盪器原理說明(4)由於電晶體Q1飽和，即VCE1=0.2V，所以儲存在電容器CB2的電壓對於電晶體

Q2而言

，仍然形成逆向偏壓，所以電晶體Q2會持續截止，即VCE2=VCC。當電晶體Q1飽和時第十一页，共五十三页，2022年，8月28日無穩態多諧振盪器原理說明(4-1)而電容器CB2上的電壓會經過電晶體Q1、電源VCC與RB2向CB2做逆向充電，此時VB2↑→IB2↑→IC2↑→VC2↓→VB1↓→IB1↓→IC1↓→VC1↑→VB2↑，如此循環下去，經過T1秒之後

第十二页，共五十三页，2022年，8月28日無穩態多諧振盪器原理說明(4-2)電容器CB2上的電壓將形電晶體成Q2的順向偏壓終會讓電晶體Q1截止，電晶體Q2飽和T1=0.693*RB2*CB2

第十三页，共五十三页，2022年，8月28日無穩態多諧振盪器原理說明(4-3)第十四页，共五十三页，2022年，8月28日無穩態多諧振盪器原理說明(4-4)第十五页，共五十三页，2022年，8月28日無穩態多諧振盪器原理說明(4-5)第十六页，共五十三页，2022年，8月28日無穩態多諧振盪器原理說明(5)由於電晶體Q2飽和，即VCE1=0V，所以儲存在電容器CB1的電壓對於電晶體

Q1而言

，仍然形成逆向偏壓，所以電晶體Q1會持續截止，即VCE1=VCC。當電晶體Q2飽和時第十七页，共五十三页，2022年，8月28日無穩態多諧振盪器原理說明(5-1)而電容器CB1上的電壓會經過電晶體Q2、電源VCC與RB1向CB1做逆向充電，此時VB1↑→IB1↑→IC1↑→VC1↓→VB2↓→IB2↓→IC2↓→VC2↑→VB1↑，如此循環下去，經過T2秒之後

第十八页，共五十三页，2022年，8月28日無穩態多諧振盪器原理說明(5-2)電容器CB1上的電壓將形電晶體成Q1的順向偏壓終會讓電晶體Q2截止，電晶體Q1飽和T2=0.693*RB1*CB1

第十九页，共五十三页，2022年，8月28日無穩態多諧振盪器原理說明(5-3)第二十页，共五十三页，2022年，8月28日無穩態多諧振盪器原理說明(5-4)第二十一页，共五十三页，2022年，8月28日無穩態多諧振盪器原理說明(5-5)第二十二页，共五十三页，2022年，8月28日無穩態多諧振盪器結論(1)當電源接上時的瞬間使電晶體Q1飽和，

Q2截止經過T1秒之後，使電晶體Q1截止，

Q2飽和第二十三页，共五十三页，2022年，8月28日無穩態多諧振盪器結論(2)再經過T2秒之後，又使電晶體Q1飽和

Q2截止如此持續下去，產生振盪第二十四页，共五十三页，2022年，8月28日T=T1+T2=0.693*(RB2CB2+RB1CB1)≒1.4RBCB(設RB1=RB2=RB，CB1=CB2=CB)輸出頻率F=1/T=1/1.4RBCB無穩態多諧振盪器週期公式第二十五页，共五十三页，2022年，8月28日OPA組成無穩態多諧振盪器OPA的無穩態第二十六页，共五十三页，2022年，8月28日OPA與R1、R2

組成史密特觸發器（R1與R2形成正回授網路）負回授網路則由R、C分壓所組成OPA組成無穩態多諧振盪器(1)第二十七页，共五十三页，2022年，8月28日剛接上電源時，電容器C未充電，所以OPA之反相輸入端電壓V-=VC=0V，故輸出電壓VO為正飽和電壓；此時輸出電壓經R開始C充電。OPA組成無穩態多諧振盪器(2)第二十八页，共五十三页，2022年，8月28日當電容電壓VC大於OPA非反相輸入端之電壓（V+）

V+=VU=VO+（sat）*R2/R1+R2（上限觸發電壓）時，VO即迅速轉變為負飽和電壓，而此時之V+變為

V+=VL=VO-（sat）*R2/R1+R2（下限觸發電壓）OPA組成無穩態多諧振盪器(3)第二十九页，共五十三页，2022年，8月28日OPA組成無穩態多諧振盪器(4)由於VO為負飽和電壓，所以電容器開始經由R向OPA之輸出端放電（亦可稱為逆向充電）；當電容電壓VC較V+(=VL)為低（負）的電壓時，VO即又迅速轉變為正飽和電壓。如此週而復始。第三十页，共五十三页，2022年，8月28日OPA組成無穩態多諧振盪器的波形第三十一页，共五十三页，2022年，8月28日OPA組成無穩態多諧振盪器的公式第三十二页，共五十三页，2022年，8月28日史密特觸發閘組成無穩態多諧振盪器數位IC式的無穩態(1)第三十三页，共五十三页，2022年，8月28日當剛接上電源時，由於電容器C沒有充電，所以VC=0V，故VO=VOH。輸出電壓（VOH）經R向C充電，電容電壓VC逐漸上升，當VC＞VU，輸出轉態為VOL史密特觸發閘組成

無穩態多諧振盪器(1)第三十四页，共五十三页，2022年，8月28日3.由於VC＞VOL，所以電容器開始經R向輸出端放電，直到VC＜VL，

.輸出又轉態為VOH。4.如此(2),(3)向循環,週而復始.史密特觸發閘組成

無穩態多諧振盪器(2)第三十五页，共五十三页，2022年，8月28日史密特觸發閘組成

無穩態多諧振盪器的波形第三十六页，共五十三页，2022年，8月28日史密特觸發閘組成

無穩態多諧振盪器的公式對CMOS邏輯而言，其VOH=VDD，VOL=VSS第三十七页，共五十三页，2022年，8月28日CMOS閘組成

無穩態多諧振盪器數位IC式的無穩態(2)第三十八页，共五十三页，2022年，8月28日CMOS閘組成

無穩態多諧振盪器波形第三十九页，共五十三页，2022年，8月28日剛接上電源VDD時，假設X點為”L”，Y點為”H”，Z點為”L”。CMOS閘組成

無穩態多諧振盪器(1)第四十页，共五十三页，2022年，8月28日由於Y點電壓為VDD，所以由Y點經電阻R向電容C充電，其路徑如圖CMOS閘組成

無穩態多諧振盪器(2)第四十一页，共五十三页，2022年，8月28日等效電路CMOS閘組成

無穩態多諧振盪器(3-1)第四十二页，共五十三页，2022年，8月28日CMOS閘組成

無穩態多諧振盪器(4)當電容電壓VC大於CMOS邏輯閘的臨限觸發電壓VT（≒1/2VDD）時，閘A的輸出發生轉態，故Y點變為”L”，Z點變成”H”，X點瞬間亦變為”L”，此時電容C經電阻R放電，直至0V，其路徑如圖所示。第四十三页，共五十三页，2022年，8月28日CMOS閘組成

無穩態多諧振盪器(4-1)第四十四页，共五十三页，2022年，8月28日CMOS閘組成

無穩態多諧振盪器(4-2)等效電路第四十五页，共五十三页，2022年，8月28日CMOS閘組成

無穩態多諧振盪器(5-1)第四十六页，共五十三页，2022年，8月28日CMOS閘組成

無穩態多諧振盪器(5)當VC=0V，且Z點電壓為VDD，所以由Z點向電容C充電，其路徑如圖所示，電容電壓VC因充電而逐漸上升，使得電阻R上的電壓VR逐漸下降，當VR小於VT（≒1/2VDD）時，閘A的輸出又發生轉態，故Y變為”H”，Z點變為”L”，X點變為”L”。第四十七页，共五十三页，2022年，8月28日CMOS閘組成

無穩態多諧振盪器(5-2)第四十八页，共五十三页，2022年，8月28日CMOS閘組成

無穩