2009-7-27 1
6.4.1 对称式多谐振荡器
6.4 多谐振荡器
6.4.2 环形振荡器
6.4.3 石英晶体振荡器结束放映
2009-7-27 2
复习单稳态触发器的工作特点？
主要参数？
主要应用？
2009-7-27 3
1,多谐振荡器 没有稳定状态,只有两个暂稳态 。
2,通过电容的充电和放电,使两个暂稳态相互交替,从而产生 自激振荡,无需外触发 。
3,输出周期性的 矩形脉冲信号,由于含有丰富的谐波分量,故称作多谐振荡器 。
6.4 多谐振荡器
6.4.1 对称式多谐振荡器
1,电路组成由两个 TTL反相器经电容交叉耦合而成 。
通常令 C1=C2=C,R1=R2=RF。
为了使静态时反相器工作在转折区,具有较强的放大能力,应满足 ROFF＜ RF＜ RON的条件 。
图 6-20 对称式多谐振荡器
2009-7-27 5
2,工作原理假定接通电源后，由于某种原因使 uI1有微小正跳变，则必然会引起如下的正反馈过程,
使 uO1迅速跳变为低电平,uO2迅速跳变为高电平，电路进入第一暂稳态。
此后,uO2的高电平对 C1电容充电使 uI2升高，电容 C2放电使 uI1降低。由于充电时间常数小于放电时间常数，所以充电速度较快,uI2首先上升到 G2的阈值电压 UTH，并引起如下的正反馈过程：
2009-7-27 6
使 uO2迅速跳变为低电平,uO1迅速跳变为高电平，电路进入第二暂稳态。
此后,C1放电,C2充电,C2充电使 uI1上升，会引起又一次正反馈过程，电路又回到第一暂稳态。
这样，周而复始，电路不停地在两个暂稳态之间振荡，输出端产生了矩形脉冲。
2009-7-27 7
图 6-21 对称式多谐振荡器的工作波形
2009-7-27 8
3,主要参数矩形脉冲的振荡周期为
T≈1.4RFC
当取 RF＝ 1kΩ,C＝ I00 pF～ 100 μF时，则该电路的振荡频率可在几赫到几兆赫的范围内变化 。
2009-7-27 9
6.4.2 环形振荡器
1,最简单的环形振荡器图 6-22最简单的环形振荡器
(a) 电路 (b) 工作波形利用集成门电路的传输延迟时间,将奇数个反相器首尾相连便可构成最简单的环形振荡器 。
该电路没有稳定状态 。
如此周而复始,便产生了自激振荡 。
振荡周期
T=6tpd。
2009-7-27 10
2,RC环形振荡器最简单的环形振荡器构成十分简单,但是并不实用 。 因为集成门电路的延迟时间 tpd极短,而且振荡周期不便调节 。
图 6-23 RC环形振荡器利用电容 C的充放电,改变 uI3的电平 (因为 RS
很小,在分析时往往忽略它 。 )来控制 G3周期性的导通和截止,在输出端产生矩形脉冲 。
RS 是限流电阻
（ 保护 G3 ）,通常选 100Ω左右 。
增加 RC延迟环节,即可组成 RC环形振荡器电路 。
2009-7-27 11
图 6-24 RC环形振荡器的工作波形电路的振荡周期为
T≈2.2RC
R不能选得太大 （ 一般 1kΩ左右 ）,否则电路不能正常振荡 。 。
2009-7-27 12
3,CMOS反相器构成的多谐振荡器
R的选择应使 G1工作在电压传输特性的转折区 。
此时,由于 uO1即为 uI2,G2也工作在电压传输特性的转折区,若 uI有正向扰动,必然引起下述正反馈过程：
图 6-25 CMOS反相器构成的多谐振荡器
2009-7-27 13
使 uO1迅速变成低电平,而 uO2迅速变成高电平,
电路进入第一暂稳态 。 此时,电容 C通过 R放电,然后 uO2向 C反向充电 。 随着电容 C的的放电和反向充电,uI不断下降,达到 uI＝ UTH时,电路又产生一次正反馈过程：
从而使 uO1迅速变成高电平,uO2迅速变成低电平,
电路进入第二暂稳态 。 此时,uO1通过 R向电容 C充电 。
2009-7-27 14
随着电容 C的不断充电,uI不断上升,当 uI≥UTH
时,电路又迅速跳变为第一暂稳态 。 如此周而复始,
电路不停地在两个暂稳态之间转换,电路将输出矩形波 。
振荡周期为 T＝ 1.4RC
图 6-26 CMOS反相器构成多谐振荡器的工作波形
2009-7-27 15
6.4.3 石英晶体振荡器前面介绍的多谐振荡器的一个共同特点就是 振荡频率不稳定,容易受温度、电源电压波动和 RC参数误差的影响。
而在数字系统中，矩形脉冲信号常用作时钟信号来控制和协调整个系统的工作。因此，控制信号频率不稳定会直接影响到系统的工作，显然，前面讨论的多谐振荡器是不能满足要求的，必须采用 频率稳定度很高的石英晶体多谐振荡器 。
2009-7-27 16
石英晶体的阻抗频率特性图石英晶体具有很好的 选频特性 。当振荡信号的频率和石英晶体的固有谐振频率 fo相同时，
石英晶体呈现很低的阻抗，信号很容易通过，
而其它频率的信号则被衰减掉。
2009-7-27 17
因此，将石英晶体串接在多谐振荡器的回路中就可组成石英晶体振荡器，这时，振荡频率只取决于石英晶体的固有谐振频率 fo，而与 RC无关。
图 6-27 石英晶体振荡器电路在对称式多谐振荡器的基础上,串接一块石英晶体,就可以构成一个石英晶体振荡器电路。该电路将产生稳定度极高的矩形脉冲，其 振荡频率由石英晶体的串联谐振频率 fo决定 。
2009-7-27 18
目前，家用电子钟几乎都采用具有石英晶体振荡器的矩形波发生器。由于它的频率稳定度很高，
所以走时很准。
通常选用 振荡频率为 32768HZ的石英晶体谐振器，因为 32768＝ 215，将 32768HZ经过 15次二分频,
即可得到 1HZ的时钟脉冲作为计时标准。
2009-7-27 19
作业题
6-4
6.4.1 对称式多谐振荡器
6.4 多谐振荡器
6.4.2 环形振荡器
6.4.3 石英晶体振荡器结束放映
2009-7-27 2
复习单稳态触发器的工作特点？
主要参数？
主要应用？
2009-7-27 3
1,多谐振荡器 没有稳定状态,只有两个暂稳态 。
2,通过电容的充电和放电,使两个暂稳态相互交替,从而产生 自激振荡,无需外触发 。
3,输出周期性的 矩形脉冲信号,由于含有丰富的谐波分量,故称作多谐振荡器 。
6.4 多谐振荡器
6.4.1 对称式多谐振荡器
1,电路组成由两个 TTL反相器经电容交叉耦合而成 。
通常令 C1=C2=C,R1=R2=RF。
为了使静态时反相器工作在转折区,具有较强的放大能力,应满足 ROFF＜ RF＜ RON的条件 。
图 6-20 对称式多谐振荡器
2009-7-27 5
2,工作原理假定接通电源后，由于某种原因使 uI1有微小正跳变，则必然会引起如下的正反馈过程,
使 uO1迅速跳变为低电平,uO2迅速跳变为高电平，电路进入第一暂稳态。
此后,uO2的高电平对 C1电容充电使 uI2升高，电容 C2放电使 uI1降低。由于充电时间常数小于放电时间常数，所以充电速度较快,uI2首先上升到 G2的阈值电压 UTH，并引起如下的正反馈过程：
2009-7-27 6
使 uO2迅速跳变为低电平,uO1迅速跳变为高电平，电路进入第二暂稳态。
此后,C1放电,C2充电,C2充电使 uI1上升，会引起又一次正反馈过程，电路又回到第一暂稳态。
这样，周而复始，电路不停地在两个暂稳态之间振荡，输出端产生了矩形脉冲。
2009-7-27 7
图 6-21 对称式多谐振荡器的工作波形
2009-7-27 8
3,主要参数矩形脉冲的振荡周期为
T≈1.4RFC
当取 RF＝ 1kΩ,C＝ I00 pF～ 100 μF时，则该电路的振荡频率可在几赫到几兆赫的范围内变化 。
2009-7-27 9
6.4.2 环形振荡器
1,最简单的环形振荡器图 6-22最简单的环形振荡器
(a) 电路 (b) 工作波形利用集成门电路的传输延迟时间,将奇数个反相器首尾相连便可构成最简单的环形振荡器 。
该电路没有稳定状态 。
如此周而复始,便产生了自激振荡 。
振荡周期
T=6tpd。
2009-7-27 10
2,RC环形振荡器最简单的环形振荡器构成十分简单,但是并不实用 。 因为集成门电路的延迟时间 tpd极短,而且振荡周期不便调节 。
图 6-23 RC环形振荡器利用电容 C的充放电,改变 uI3的电平 (因为 RS
很小,在分析时往往忽略它 。 )来控制 G3周期性的导通和截止,在输出端产生矩形脉冲 。
RS 是限流电阻
（ 保护 G3 ）,通常选 100Ω左右 。
增加 RC延迟环节,即可组成 RC环形振荡器电路 。
2009-7-27 11
图 6-24 RC环形振荡器的工作波形电路的振荡周期为
T≈2.2RC
R不能选得太大 （ 一般 1kΩ左右 ）,否则电路不能正常振荡 。 。
2009-7-27 12
3,CMOS反相器构成的多谐振荡器
R的选择应使 G1工作在电压传输特性的转折区 。
此时,由于 uO1即为 uI2,G2也工作在电压传输特性的转折区,若 uI有正向扰动,必然引起下述正反馈过程：
图 6-25 CMOS反相器构成的多谐振荡器
2009-7-27 13
使 uO1迅速变成低电平,而 uO2迅速变成高电平,
电路进入第一暂稳态 。 此时,电容 C通过 R放电,然后 uO2向 C反向充电 。 随着电容 C的的放电和反向充电,uI不断下降,达到 uI＝ UTH时,电路又产生一次正反馈过程：
从而使 uO1迅速变成高电平,uO2迅速变成低电平,
电路进入第二暂稳态 。 此时,uO1通过 R向电容 C充电 。
2009-7-27 14
随着电容 C的不断充电,uI不断上升,当 uI≥UTH
时,电路又迅速跳变为第一暂稳态 。 如此周而复始,
电路不停地在两个暂稳态之间转换,电路将输出矩形波 。
振荡周期为 T＝ 1.4RC
图 6-26 CMOS反相器构成多谐振荡器的工作波形
2009-7-27 15
6.4.3 石英晶体振荡器前面介绍的多谐振荡器的一个共同特点就是 振荡频率不稳定,容易受温度、电源电压波动和 RC参数误差的影响。
而在数字系统中，矩形脉冲信号常用作时钟信号来控制和协调整个系统的工作。因此，控制信号频率不稳定会直接影响到系统的工作，显然，前面讨论的多谐振荡器是不能满足要求的，必须采用 频率稳定度很高的石英晶体多谐振荡器 。
2009-7-27 16
石英晶体的阻抗频率特性图石英晶体具有很好的 选频特性 。当振荡信号的频率和石英晶体的固有谐振频率 fo相同时，
石英晶体呈现很低的阻抗，信号很容易通过，
而其它频率的信号则被衰减掉。
2009-7-27 17
因此，将石英晶体串接在多谐振荡器的回路中就可组成石英晶体振荡器，这时，振荡频率只取决于石英晶体的固有谐振频率 fo，而与 RC无关。
图 6-27 石英晶体振荡器电路在对称式多谐振荡器的基础上,串接一块石英晶体,就可以构成一个石英晶体振荡器电路。该电路将产生稳定度极高的矩形脉冲，其 振荡频率由石英晶体的串联谐振频率 fo决定 。
2009-7-27 18
目前，家用电子钟几乎都采用具有石英晶体振荡器的矩形波发生器。由于它的频率稳定度很高，
所以走时很准。
通常选用 振荡频率为 32768HZ的石英晶体谐振器，因为 32768＝ 215，将 32768HZ经过 15次二分频,
即可得到 1HZ的时钟脉冲作为计时标准。
2009-7-27 19
作业题
6-4
