无稳态多谐振荡器详解.ppt
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数字电子技术 7-3多谐振荡器
uI1
显然： 任何≥3 奇 首尾接 可形成环
(uO)
(a)
tPd
数个反相器 在一起 形振荡器
振荡频率： f 1
O
uI2
tPd
t
2ntPd
---式中n为串联门的个数，n=3、5、7、…
uIO3 tPd
t
优点：电路简单
O
缺点：频率太高不可调不实用 tPd只有几十纳秒到一二百纳秒
t (b)
工作波形图
R
R1 Rs
R1 R
UOL1
R u13
UOH2
RS
C
uI3
可求得电容C充电时间T1
T1
RECln
UE
UTH UOH UE UTH
U OL
RECln
2UOH UTH UOH UTH
O
VCC R1
G3
UE
RE
u13
C UOL
UTH+（UOH UOL)
UTH t
UTH （UOH UOL )
7.3.1
获得较大电
VDD
压放大倍数
uI1
uI2
uO2
使uO1↓到UOL ，而uO2↑至UOH，电路进入暂稳态
1/2VDD
直线uO1=uI1
O
P
G1静态
工作点
1/2VDD
uI
电压传输特性
7.3.1
用门电路构 成的振荡器
➢ 随着C放电uI1↓=UTH时： 另一正反馈过程发生
uI1
uI2
uO2
使uO1↓UOH，
品质因数高 选频特性好
由阻抗频率特性知：
当外加电压 信号的频率
等于
多谐振荡器
路的振荡频率可在几赫到几兆赫的范围内变化。
2018/10/21
9
5.3.2
环形振荡器
1. 最简单的环形振荡器
图5-16最简单的环形振荡器 (a) 电路 (b) 工作波形
如此周而复始，便产生了自激振荡。 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。 振荡周期 该电路没有稳定状态。 T=6tpd。 2018/10/21 10
2018/10/21 11
图5-18 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。 。
2018/10/21 12
3. CMOS反相器构成的多谐振荡器
图5-19 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：
2018/10/21
2
对称方波, 是偶函数且奇谐函数，只有奇次谐波的余弦项。
A 振 幅 A A
A
A
A
A
t t t t 振幅A t 直流分量 时间t 基波
频率f 九次谐波 七次谐波 五次谐波 三次谐波 B
t
A
2018/10/21
3
对称方波有限项的傅里叶级数：
有限项的N越大，误差越小例如: N=11时，
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。
2018/10/21 15
5.3.3 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
《多谐振荡器多媒体》PPT课件讲解学习
要求 ：
1、色环电阻器：主要识读 其标称阻值，并用万用表测 量其实际阻值。 2、电容器：电解电容器会 识别判断其正负极性，并用 万用表检测质量的好坏；瓷 片电容器会实读其标称容量， 并判断质量的好坏。 3、发光二极管：识别其类 型与引脚的排列，并用万用 表检测其质量的好坏。 4、555集成电路：注意引脚 并判别质量。 5、扬声器：用万用表测量 其标称电阻，并判别质量。
555集成电路各引脚电位变化情况
问题探讨
②或⑥脚的波形 ③脚输出的波形
影响振荡频率的因素
4、电路测试与分析
各小组对结果作出分析，判断是 否符合性能指标，查找错误的根源，
公布测试结果，并小结测试结果。
4、电路测试与分析
• 测试步骤：
1、用万用表测试555集成电路各引脚电位 2、用双踪示波器分别观察②或⑥脚，③脚的波形，并画出波形。
我得到锻炼的能力是
这次课我表现不够好的地方是
在与同学合作、探讨的过程中 ，我学到了
555多谐振荡器
下课， 休息一会！
结束
代号
R1 R2 R3、R4 C1、 C2
C3 IC LED1、 LED2 SP
名称
色环电阻 色环电阻 色环电阻 电解电容 电解电容
规格
2KΩ 100Ω 200Ω
4.7μF/16V 10μF/50V
瓷片电容 0.01μF 集成电路 NE555 发光二极管 红色
扬声器
8Ω/0.5W
Vcc
直流电源 6V
检测结果 注意事项
555多谐振荡器
作 业：
基本作业：①请简单介绍自己所在小组的电路装接 和调试过程。
②请对自己在项目实施过程遇见的问题 进行分析并给出实验结果。
三极管无稳态多谐振荡器电路
课题一、三极管无稳态多谐振荡器电路一、设计课题《三极管无稳态多谐振荡器电路》二、设计要求1、不上电，灯不亮。
2、上电后，两颜色灯亮交替闪亮（一直亮）。
3、设计时请注意提高抗干扰性，以免误动作。
亮灯时间可通过RC调节。
4、为了方便检查，用黄色LED和红色LED代替电灯三、原理分析三极管无稳态多谐振荡器电路工作原理如下：此电路之输出并不会固定在某一稳定状态，其输出会在两个稳态(饱和或截止)之间交替变换，因此输出波形似近一方波。
如图2即为无稳态多谐震荡器电路，图中两个三极管Q1、Q2在“Q1饱和／Q2截止”和“Q1截止／Q2饱和”，二种状态周期性的互换，其工作原理如下：图3 当VCC通电瞬间图4 C2放电，C1充电回路(1)如图3当VCC接上瞬间，Q1、Q2分别由RB1、RB2获得正向偏压，同时C1、C2亦分别经RC1、RC2充电。
(2)由于Q1、Q2的特性无法百分之百相同，假设某一三极管Q1之电流增益比另一个三极管Q2高，则Q1会比Q2先进入饱和(ON)状态，而当Q1饱和时，C2由Q1 CE极经VCC、RB2放电，在Q2 BE极形成一逆向偏压，促使Q2截止。
同时C1经Rc2及Q1的BE极于短时间内完成充电至VCC，如图4所示。
图5 C1放电，C2充电回路(3) Q1 ON、Q2 OFF的情形并不侍定的，当C2放电完后(T2=0.7 RB2 C2秒)，C2由VCC经RB2、Q1C-E极反向充电，当充到0.7V时，此时Q2获得偏压而进入饱和(ON)，C1由Q2 CE 极，Vcc、RB1放电，同样地，造成Q1 BE极逆偏压。
Q1截止(OFF)，C2经RC1及Q2B-E 极于短时间充至VCC，如图5所示。
(4)同理，C1放完电后(T=0.7 RB2 C1秒)，Q1经RB1获得偏压而导通，Q2 OFF如此反覆循环下去。
如图所示波形。
周期T=T1+T2=0.7 RB1 C1+0.7 RB2 C2若RB1= RB2=RB C2=C1=C则T=1.4RBC f=如果将RC1、RC2换成两个发光二极管，发光二极管一亮一暗，不断交替。
多谐振荡器
2 = ln
一、门电路组成的多谐振荡器
（3）则输出波形振荡周期为T:
= 1 + 2 = ln4 ≈ 1.4
图6-18 多谐振荡器波形图
二、石英晶体振荡器
由逻辑门组成的多谐振荡器电路较简单，但由于振荡器中电路的转换电
平UTH容易受电源电压和温度变化的影响，在电路状态临近转换时电容的充、
数字电子技术基础
多谐振荡器
小知识
多谐振荡器是一种自激振荡器，在接通电源以后，不需
要外加触发信号，便能自动地产生矩形脉冲。因为矩形
波中含有丰富的高次谐波分量，所以习惯上又把矩形波
振荡器称为多谐振荡器。该电路的特点是只有两个暂稳
态，没有稳定状态，高低电平的切换自动进行，所以也
被称为无稳态电路。前面所说的触发器和时序电路中的
电容C通过逻辑门G1、G2的导通电路放电，则uI逐渐下降。当uI下降到UTH时，迅速使uO1跳
变为高电平UOH，uO跳变为低电平UOL。电路回到第一暂稳态，电源又经逻辑门G1、G2的导
通电路对电容C充电，又重复上述过程。因此，电路便不停地在两个暂稳态之间反复振荡。
翻转。
一、门电路组成的多谐振荡器
2、波形图分析
放电已经比较缓慢。在这种情况下转换电平微小的变化或轻微的干扰都会严
重影响振荡周期，造成电路状态转换时间的提前或滞后，最终使得由普通门
电路构成的多谐振荡器振荡频率不稳定。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，控制信号频率不稳定会直接影
响整个系统的运行，所以在对频率稳定性有较高要求时，必须采取稳频措施。
C2的比值，其中C1还可对振荡频率进行微调。G1输出端加反相器G2，用以改善输出波形
多谐振荡器课件
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结 束
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多谐振荡器 设输入一个 脉冲信号。 一、基本环形振荡器 vI 1、环形振荡器基本电路和工 1 vO(vO1) 作原理 基本电路：三个TTL与非门 首尾相接。 v一、基本环形振 vO2 1 O3 1 理想状态下的工作过程分析： 荡器 理想状态下（不考虑级间延 1.环形振荡器基 时），显然此电路不可能产生 vI 本工作原理 振荡。因为反馈信号与输入信 O 号相位差为反相 (180º ) 而不是 vO1 只考虑与非门理 同相(0º 或360º )。但考虑延时后， 想情形下的工作 O 情形就不一样了。 vO2 过程分析
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。
二、频率可调的环形 引起连 振荡器 锁反应 ⑴电路形式 ⑵工作过程及波形分 充电电流消失 析 ①第一暂稳态 ②第一次翻转
1
vO(vO1)
vO3 1
6tpd
vO2 1
振荡周期为6tpd。
t t
t
本页完 继续
t
2.环形振荡器的作用 多谐振荡器
一、基本环形振荡器 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。 实际应用：工厂常用这种电 路测试与非门的延迟参数tpd。 vI
西藏· 阿里· 新藏公路
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封面
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。
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多谐振荡器
自 石 激 英 多 晶 谐 体 振 振 荡 荡 器 器
学习主页 参 考 资 料
多谐振荡器没有稳态
• 1. 电路结构
• 若将图6.2.2所示555定时器的端TR（2脚）和端TH（6脚）相连接，并作
为触发信号的输入端，并将T管的DIS放电端（7脚）经电阻R1接至电源， 同时端对地接入电容C，这就构成了如图6.2.3（a）所示的多谐振荡器，
其工作波形如图6.2.3（b）所示。
VC
VCC
2 3
V CC
6.1.2 555定时器构成的多谐振荡器
• 3. 振荡周期和频率的估算
• 多谐振荡器的振荡周期T、频率f和占空比q可用下式估算
T 0.7(R1 2R2 )C
f 1
1
1.43
T 0.7(R1 2R2 ) (R1 2R2 )C
q tw1 0.7(R1 R2 )C R1 R2 T 0.7(R1 2R2 ) R1 2R2
（a）
22M &
&
fo
fo R 150K
C2 20P
0.047μ
（b）
fo
Ｃ1
30P
&
&
&
fo
R
C2
（c）
（d）
图6.1.5 常用的晶体振荡电路
（a）f0=几MHz～几十MHz；（b）f0=100KHz(5KHz～30MHz)；
（c）f0=32768Hz=215Hz；（d）f0=32768Hz
6.1.2 555定时器构成的多谐振荡器
• 二、电路结构
图6.2.2是国产双极型定时器CB555的电路结构图，它由比较器
C1和C2、基本RS触发器、集电极开路三极管T三部分组成。
VCC 电源
(8)
RD 复位
(4)
多谐振荡器完整PPT
由于它的频率稳定度很高，所以走时很准。 R的选择应使G1工作在电压传输特性的转折区。
74LS04 (TTL) CD4069 (CMOS)
图5-14 对称式多谐振荡器
图5-16最简单的环形振荡器
图5-21 石英晶体振荡器电路
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
由于充电时间常数小于放电时间常数，所以充电速度较快，uC首先上升到G2的阈值电压UTH，并引起如下的正反馈过程：
图5-21 石英晶体振荡器电路
此后，C 放电、C 充电，C 充电使u 上升，会 (a) 电路 (b) 工作波形
1 2 图5-18 RC环形振荡器的工作波形
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。
3. CMOS反相器构成的多谐振荡器
图5-19 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：
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，
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。
使u 迅速跳变为低电平、u 迅速跳变为高电 O2 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。
图5-21 石英晶体振荡器电路
O1
平，电路进入第二暂稳态。 图5-16最简单的环形振荡器
1. 最简单的环形振荡器
图5-16最简单的环形振荡器 (a) 电路 (b) 工作波形
多谐振荡器 数电课件
R1 R2 R1 2R2
二、占空比可调的多谐振荡器
占空比可调的多谐振荡器的电路结构如图7.2.2—1所示。
图7.2.2—1
q
T1 T
0.7RAC
0.7 RA RB C
RA
RA RB
三、多谐振荡器的应用
1. 秒信号发生器 秒信号发生器的电路结构如图7.2.3—1所示。
0
T2
=
2
ln
0 0
2
3 1
3
VCC VCC
=0.7R2C
Ⅲ. 振荡周期
T
T T1+T2=0.7R1 2R2 C
Ⅳ. 振荡频率
f
f
1 T
1
0.7 R1 2R2 C
1.43
R1 2R2 C
Ⅴ. 占空比
q
q
T1 T
0.7R1 R2 C 0.7R1 2R2 C
VCC R1 R2
uO
3. 工作过程
Ⅰ. 起始状态； Ⅱ. 充电，形成暂稳态“0” ； Ⅲ. 自动翻转，放电，形成暂稳态“1” ； Ⅳ. 自动翻转，充电，形成暂稳态“0” 。
4. 波形图
用555定时器构成的多谐振荡器的波形图如图7.2.1—2所示。
图7.2.1—2
5. 振荡频率
Ⅰ. 电容充电时间
T1
电容充电时，时间常数
终了值
，转换值
uC VCC
1
uC
，，T1R起带1始入23值RRCV2过CC渡C过程计算，公式u进C 行0计 算：13
VCC
T1
CGM08.3.26b 多谐振荡器 电力数电教学课件
特点 1.它由开关器件和反馈延时器件构成。 2.它没有稳态，只有两种暂稳态。 3.通过电容器的充电和放电，使两种暂稳态相互转换， 从而产生自激振荡，无需外加触发信号就能产生矩形波。
种类:
常见实用多谐振荡器有对称式、非对称式、RC环形、
施密特型、555定时器型等几种。
2020/9/30
3
8.3.1 由CMOS反相器构成的（非对称式）多谐振荡器
2.多谐振荡器有多种电路形式，其中石英晶体式的频率稳定度高，用途 也很广泛。
3.多谐振荡器还有555定时式、压控式（参见阎石的第4版P.341.）。 4.目前，又开发了一些新的多谐振荡器电路，其用途也更加广泛，大家
应经常关注这方面的动态。
2020/9/30
25
❖
谢谢！
2020/9/30
26
T1
T2
T 图8.3.2（CMOS反相器构成的）非对称式多谐振荡器的工作波形
4. 振荡周期的计算
多谐振荡器的振荡周期由电容器的充电时间T1和放电时间T2 所决定。 （1）求充电时间T1
将uI（∞）＝VDD , uI（0＋）≈0, 代入RC电路过渡过程的 计算公式 , 便可得到uI 由0变化到（电容充电所致）UTH所需 要的时间
② 从稳态翻转到暂稳态，靠的是外加触发脉冲的作用。
③ 由暂稳态翻转到稳态，则取决于电容器的充放电时间常数。
主要作用
将宽度不符合要求的脉冲变换成宽度符合要求的矩形波。
2.施密特触发器的特点与作用
特点
① 它有两种稳态。由一种稳态翻转到另一个稳态，靠的是
外加触发脉冲电平而不是脉冲边沿的作用。
② 具有 回差特性，即由0到1和由1到0这两种状态的转换
根据所购晶体的fo选择电路的外接RF 和C。
课题多谐振荡器PPT课件
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图26-2
V 6 UCC LED2 2 T 0 4 3 1 3Rc2 F 0 2 u 充 9 7 C i 4 K 7 1 4Rb1 b I K 7 4Rb2 F 4 1 u 1 1 1 T 7 0 C c 4 9双稳态初始状态示意图 I LED1 0 3 3Rc1 放 i
图26-4 b
V 6 UCC 放 i 2 T F 1 u C 7 4 K 7 4Rb1 K 7 4Rb2 F 2 u 7 C (b)C1放电回路等效示意图 4 1 T
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• 电路经上述过程电路状态翻转，进入第二暂稳态，并重复上述过程形成振荡。
• 三、器材准备
• 1.元件清单 • NPN型三极管两个即9013、或9014，电阻330Ω两只，47KΩ两只，电
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图26-1
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V 6 UCC 4 1 LED2 2 0 T9 0 3 3Rc2 F u 2 7 4C K 7 4Rb1 F uK 1 77 4C4Rb2 LED1 4 01 1 30 3Rc1T9
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• 2.电路的工作原理是；由于电路对称的，可 以从任一暂稳态开始分析。设电路的原始状 态为T1饱和、T2截止，此时C1充满电，T1 的饱和是靠Rb1提供的基流来维持的，C2放 电使T2基极为负压而截止，如图26-2所示
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感谢您的观看！
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4.第一暂稳态；随上述C2的放电，T2管的负压 逐渐减小当C2放完电后，电源UCC经 Rb2对C2进行反向充电，于是T2基极电 压逐渐上升，当T2基极电压上升约0.7V 时T2退出截止进入放大，集电极电压下 降，经C1的耦合，使T1退出饱和进入放 大，再由放大进入截止如图26-4所示
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图26-2
V 6 UCC LED2 2 T 0 4 3 1 3Rc2 F 0 2 u 充 9 7 C i 4 K 7 1 4Rb1 b I K 7 4Rb2 F 4 1 u 1 1 1 T 7 0 C c 4 9双稳态初始状态示意图 I LED1 0 3 3Rc1 放 i
图26-4 b
V 6 UCC 放 i 2 T F 1 u C 7 4 K 7 4Rb1 K 7 4Rb2 F 2 u 7 C (b)C1放电回路等效示意图 4 1 T
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• 电路经上述过程电路状态翻转，进入第二暂稳态，并重复上述过程形成振荡。
• 三、器材准备
• 1.元件清单 • NPN型三极管两个即9013、或9014，电阻330Ω两只，47KΩ两只，电
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图26-1
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V 6 UCC 4 1 LED2 2 0 T9 0 3 3Rc2 F u 2 7 4C K 7 4Rb1 F uK 1 77 4C4Rb2 LED1 4 01 1 30 3Rc1T9
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• 2.电路的工作原理是；由于电路对称的，可 以从任一暂稳态开始分析。设电路的原始状 态为T1饱和、T2截止，此时C1充满电，T1 的饱和是靠Rb1提供的基流来维持的，C2放 电使T2基极为负压而截止，如图26-2所示
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4.第一暂稳态；随上述C2的放电，T2管的负压 逐渐减小当C2放完电后，电源UCC经 Rb2对C2进行反向充电，于是T2基极电 压逐渐上升，当T2基极电压上升约0.7V 时T2退出截止进入放大，集电极电压下 降，经C1的耦合，使T1退出饱和进入放 大，再由放大进入截止如图26-4所示
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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(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
T2=0.693*RB1*CB1
無穩態多諧振盪器原理說明(5-3)
無穩態多諧振盪器原理說明(5-4)
無穩態多諧振盪器原理說明(5-5)
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
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
CMOS閘組成 無穩態多諧振盪器(4-1)
CMOS閘組成 無穩態多諧振盪器(4-2)
等效電路
CMOS閘組成 無穩態多諧振盪器(5-1)
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”。
多諧振盪器的結構
無穩態多諧振盪器(astable multivibrator)
單穩態多諧振盪器(monostable multivibrator) 雙穩態多諧振盪器(bistable multivibrator)
無穩態多諧振盪器
這是重 點部分
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。
Q2截止 如此持續下去，產生振盪
無穩態多諧振盪器 週期公式
T=T1+T2=0.693*(RB2CB2+ RB1 CB1 )
≒1.4RBCB (設RB1=RB2=RB，CB1=CB2=CB)
輸出頻率 F=1/T=1/1.4RBCB
OPA組成無穩態多諧振盪器
OPA的 無穩態
OPA組成無穩態多諧振盪器(1)
（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。
OPA組成無穩態多諧振盪器的波形
觸發閘組成 無穩態多諧振盪器
數位IC 式的無 穩態(1)
史密特觸發閘組成 無穩態多諧振盪器(1)
CMOS閘組成 無穩態多諧振盪器(5-2)
CMOS閘組成 無穩態多諧振盪器的公式(6)
555 IC組成 無穩態多諧振盪器
內 部 結 構 方 塊 圖
555 IC組成 無穩態多諧振盪器
555IC式 無穩態
555 IC組成 無穩態多諧振盪器的波形
555 IC組成 無穩態多諧振盪器
對稱方波輸出
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
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
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
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
史密特觸發閘組成 無穩態多諧振盪器的波形
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
CMOS閘組成 無穩態多諧振盪器
數位IC式的 無穩態(2)
CMOS閘組成 無穩態多諧振盪器波形
CMOS閘組成 無穩態多諧振盪器(1)
剛接上電源VDD時，假設X點為”L”，Y點
1. 當剛接上電源時，由於電容器C沒有充
電，所以VC=0V，故VO=VOH。 2. 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(2)
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.
為”H”，Z點為”L”。
CMOS閘組成 無穩態多諧振盪器(2)
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(3-1)
等效電路
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。
T1=0.693*RB2*CB2
無穩態多諧振盪器原理說明(4-3)
無穩態多諧振盪器原理說明(4-4)
無穩態多諧振盪器原理說明(4-5)
無穩態多諧振盪器原理說明(5)
當電晶體Q2飽和時
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。
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
無穩態多諧振盪器
電 晶 體 式
基本電路圖
無穩態多諧振盪器原理說明(1)
當電源接上的瞬間
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。
無穩態多諧振盪器的波形
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(2)
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(3)
無穩態多諧振盪器原理說明(3-1)
當電源接上時(1)
無穩態多諧振盪器原理說明(3-2)
當電源接上時(2)
無穩態多諧振盪器原理說明(4)
當電晶體Q1飽和時
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。
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
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
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(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
T2=0.693*RB1*CB1
無穩態多諧振盪器原理說明(5-3)
無穩態多諧振盪器原理說明(5-4)
無穩態多諧振盪器原理說明(5-5)
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
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
CMOS閘組成 無穩態多諧振盪器(4-1)
CMOS閘組成 無穩態多諧振盪器(4-2)
等效電路
CMOS閘組成 無穩態多諧振盪器(5-1)
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”。
多諧振盪器的結構
無穩態多諧振盪器(astable multivibrator)
單穩態多諧振盪器(monostable multivibrator) 雙穩態多諧振盪器(bistable multivibrator)
無穩態多諧振盪器
這是重 點部分
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。
Q2截止 如此持續下去，產生振盪
無穩態多諧振盪器 週期公式
T=T1+T2=0.693*(RB2CB2+ RB1 CB1 )
≒1.4RBCB (設RB1=RB2=RB，CB1=CB2=CB)
輸出頻率 F=1/T=1/1.4RBCB
OPA組成無穩態多諧振盪器
OPA的 無穩態
OPA組成無穩態多諧振盪器(1)
（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。
OPA組成無穩態多諧振盪器的波形
觸發閘組成 無穩態多諧振盪器
數位IC 式的無 穩態(1)
史密特觸發閘組成 無穩態多諧振盪器(1)
CMOS閘組成 無穩態多諧振盪器(5-2)
CMOS閘組成 無穩態多諧振盪器的公式(6)
555 IC組成 無穩態多諧振盪器
內 部 結 構 方 塊 圖
555 IC組成 無穩態多諧振盪器
555IC式 無穩態
555 IC組成 無穩態多諧振盪器的波形
555 IC組成 無穩態多諧振盪器
對稱方波輸出
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
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
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
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
史密特觸發閘組成 無穩態多諧振盪器的波形
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
CMOS閘組成 無穩態多諧振盪器
數位IC式的 無穩態(2)
CMOS閘組成 無穩態多諧振盪器波形
CMOS閘組成 無穩態多諧振盪器(1)
剛接上電源VDD時，假設X點為”L”，Y點
1. 當剛接上電源時，由於電容器C沒有充
電，所以VC=0V，故VO=VOH。 2. 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(2)
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.
為”H”，Z點為”L”。
CMOS閘組成 無穩態多諧振盪器(2)
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(3-1)
等效電路
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。
T1=0.693*RB2*CB2
無穩態多諧振盪器原理說明(4-3)
無穩態多諧振盪器原理說明(4-4)
無穩態多諧振盪器原理說明(4-5)
無穩態多諧振盪器原理說明(5)
當電晶體Q2飽和時
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。
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
無穩態多諧振盪器
電 晶 體 式
基本電路圖
無穩態多諧振盪器原理說明(1)
當電源接上的瞬間
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。
無穩態多諧振盪器的波形
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(2)
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(3)
無穩態多諧振盪器原理說明(3-1)
當電源接上時(1)
無穩態多諧振盪器原理說明(3-2)
當電源接上時(2)
無穩態多諧振盪器原理說明(4)
當電晶體Q1飽和時
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。
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
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