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
晶体固有 谐振频率
晶体等效 阻抗最小
信号最容 易通过
石英晶体电 路振荡频率
只由晶体固有 谐振频率决定
与电路中其 它元件无关
(R或C) 的参数
X 电感性
O
f0
电容性
t 电容性
石英晶体的 频率稳定度
谐振频率与 偏移量比值
fO / fO可达( 10-10 ~10-11 )
满足多数 对频率稳 数字系统 定度要求
CMOS石英晶体多谐振荡器
电路组成： 由两个反相器G1、G2和两个电容C1和C2及石英晶体构成的
工作原理： uO
因G1跨接RF 且门的Ii=0
RF无压降uO1=uI1
uO=uI
G1工作 在转折
点P上
P
不稳定
Rf为G1提 供偏置 G1用于 放大
Rf G1
1
C1
带RC延迟电路的环形振荡器
典型电路与实用电路：
1
1R
1
G1
G2
C
G3
(tPd2)
改变R和
(a)
C的数值
加入RC 延迟环节
uO
获得较低 振荡频率
uI
uI1 1 2 1
R uI 3
1
RS
uO
G1
G2 C
G3
增大了G2的传
(b)
输延迟时间tpd2
实现对频 率的调节
(uuOI1)
O
uI2
O
uO2
O
根据两个暂稳 态转换的过程
而uO2↑↘UOL →暂稳态2
不能 持久
➢ 随着C 充电uI1↑=UTH时，电路→暂稳态1 ---电路产生振荡 工作波形图及振荡周期计算
G1 uI1 RP
RON(N)
RF
C VDD RON(P)
G2 (a)
VDD
RON(P)
C uI1
RF+RON(N)
uI1 RP
VDD RON(P)
G1
RF
C G2 RON(N) (b)
7.3.1
用门电路构 成的振荡器
t
t
t
可画出电路中各 点的工作波形图
7.3.1
用门电路构 成的振荡器
振荡周期进行计算：结合工作波形图
在充电回路中
uI3 UTH UOH UOL
uI3 UE
UE
UOH
(VCC
U BEs
UOH
RE
R(R1 Rs ) R R1 Rs
第7章 脉冲波形的 产生与整形
《数字电子技术》
房国志
多谐振荡器
7.3 多谐振荡器
什么是多谐振荡器：
一种无稳 态的电路
解释：
当接通 电压后
多谐振荡器分类：
无需外加 触发信号
能自动产生 矩形波输出
由于矩形波中含 有多种谐波分量
称为多谐振荡器
两类：
门电路构成的多谐振荡器 石英晶体多谐振荡器
多谐振荡器特点：
T2
RFCln
0
UTH VDD
0 UTH
RFCln3
➢ 振荡周期为： T T1 T2 2RFCln3 2.2RFC
7.3.1
用门电路构 成的振荡器
uI1
T1 T2
UTH+VDD
UTH
O
t
UTH-VDD
uO1
O
t
uO2
O
t
图中各点的电压波形
晶体振荡器
7.3.2
晶体振 荡器
石英晶体的基本特性
门电路构成 多谐振荡器
要求 频率
稳定度 准确性
不太高
石英晶 体多谐 振荡器
要求 频率
稳定度 比较高
用用奇数个反相器构成的振荡器
7.3.1
用门电路构 成的振荡器
最简单的环形振荡器：
由三个反相器首尾相连组成
构成：
利用门的延迟负反馈而构成
uI1 1
uI2 1
uI3 1
uO
G1
G2
G3
振荡周期： T 6tPd
G3
UOH C
u13
R
UOL
UTH+（UOH UOL)
T
T1
T2
RCln
2UOH UTH UOH UTH
UOH UTH U TH
将TTL门电路的典型值
UOH 3.6V
UTH 1.4V
代入上式得：
UTH
O
t
UTH （UOH UOL )
T 2.2RC
用偶数个反相器构成的振荡器
7.3.1
G1和Rf用于 产生振荡
G2
1 uO
G2用于缓 C2 冲整形
O
uI
电容三点 式振荡器
石英晶 体符号
本讲小结
介绍多谐振荡器电路结构及工作原理
VDD
RF+RON(P) uI1
C RON(N)
➢ “三要素”计算RC充、放电时间公式：
t RC ln uR () uR (0) uR () UTH
➢ 电容C的充电时间T1为：
从过渡开始变为UTH
T1
RFCln
VDD
UTH VDD VDD UTH
RFCln3
➢ 电容C的放电时间T2为： uI1从VDD+UTH下降至UTH
用门电路构 成的振荡器
在放电电路中
uI3 0 UTH UOH UOL
uI3 UOL
可求得电容C充电时间T2
UOH1 UOL2
R u13
RS
T2
RCln UOH UTH 2UOL UTH UOL
RC ln UOH UTH U TH
C
电路的振荡周期可近似地表示为：
uI3
VCC R1
用门电路构 成的振荡器
电路组成：由反相器G1，G2及电容C2组成
工作原理：
静态时
因G1跨接RF 且门的Ii=0
G1工作在 转折点上 RF无压降uO1=uI1 不稳定
假定：uI1极小跳变 由于某 则：引起---正反馈 种原因
C
uI1
RP
1 uO1 uI2 1
uO2
G1
G2
RF
正反馈振荡电路
uO