第1章数字电路基础知识-对称式多谐振荡器(精)
多谐振荡器介绍
多谐振荡器:摘要：分析了各种多谐振荡器的电路结构及工作原理，并利用Multisiml0．0对部分电路进行了仿真，重点介绍了单稳型多谐振荡器，讨论集成单稳态触发器74121定时元件RC对暂稳态的影响以及单稳型多谐振荡器的应用。
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关键字：Multisiml0．O；多谐振荡器；555定时器；施密特触发器；环形振荡器O 引言在数字系统电路中经常用到多谐振荡器。
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行产生一定频率和一定宽度的矩形波，这一输出波形用于电路中的时钟信号源。
由于矩形波中含有丰富的高次谐波分量，所以习惯上又将矩形波振荡器称为多谐振荡器。
按照电路的工作原理，多谐振荡器大致分为无稳态多谐振荡器和单稳态多谐振荡器。
1 无稳态多谐振荡器1．1 采用TTL门电路构成的对称式无稳态多谐振荡器对称式多谐振荡器的典型电路如图1所示，它是由两个反相器Gl、G2经耦合电容C1、C2连接起来的正反馈振荡电路。
电路中G1和G2采用SN74LS04N反相器，RFl=RF2=RF，C1=C2=C，振荡周期T≈1．3RFC，输出波形的占空比约为50％。
RF1、RF2的阻值对于LSTTL为470 Ω～3．9kΩ，对于标准TTL为0．5～1．9kΩ之间。
1．2 采用CMOS门电路构成的非对称式无稳态多谐振荡器如果把对称式多谐振荡器电路进一步简化，去掉C1和R2，在反馈环路中保留电容C2，电路仍然没有稳定状态，只能在两个暂稳态之问往复振荡，电路如图2所示。
假定G2输出为1，电容C充电，在充电开始VI1也为1。
因此，该电压经Rp力口到G1输入端，Gl输出为O，电路稳定工作，C继续充电。
对称式多谐振荡器
戴维南定理等效得：
RE1 R1RF 2 R1 RF 2 RF 2 (VCC VOH VBE ) R1 RF 2
VE1 VOH
§10.4.1 对称式多谐振荡器
(2-2) 暂稳态电路等效（续）
C2放电的等效电路
§10.4.1 对称式多谐振荡器
§10.4.2 非对称式多谐振荡器
由于某种原因使得vI1有微小正跳变时， 发生正反馈
使得vO1低，vO2高，进入第一个暂稳 态，同时C开始放电 随着C的放电，vI1下降，当vI1=VTH，引起
使得vO2低，vO1高，进入第二个暂稳态， 同时C开始充电, 当vI1=VTH电路返回到vO1低， vO2高，又回到第一个暂稳态
放电时间
VOL VTH (VOH VOL ) T2 RC ln VOL VTH
振荡周期（简化后）
2VOH VTH VOH VTH T T1 T2 RC ln( ) VOH VTH VTH
另外，实际上，阈值由于Rs 的存在而偏小一些。
§10.4.3 环形多谐振荡器
脉冲波形的产生和整形
§10.3 多谐振荡器
对称式多谐振荡器 非对称式多谐振荡器 环形多谐振荡器 用施密特触发器构成的多谐振荡器 石英晶体多谐振荡器
Multi-Vibrator
[vai'breitə]
所谓“多谐”
harmonious
§10.4 多谐振荡器
对称式多谐振荡器
§10.4.1 对称式多谐振荡器
vO1 ↓L， vO2 ↑ H；进入第一个暂稳态，同时电容C1开始 充电，C2开始放电
如何观察到所谓的“充”、“放”电？ 根据 逻辑门的输入输出的设计（输入阻抗大，输出阻坑小）， 所以，从输出级“找电源”。 对于输入级的处理，电流是否可以被忽略？
用门电路组成的多谐振荡器
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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。
石英晶的阻抗频率特性图
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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。
电路不停地在两个暂稳态之间转换，电路将输出矩
形波。
CMOS反相器构成 多谐振荡器的工作波形
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振荡周期为
T＝1.4RC
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5.3.2 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。
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。
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石英晶体振荡器电路
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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。
结束
5.3 多谐振荡器
放映
5.3.1 用门电路组成的多谐振荡器 5.4.3 石英晶体多谐振荡器
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复习
单稳态触发器的工作特点？ 主要参数？ 主要应用？
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对称式矩形波
基于对称式多谐振荡器的矩形波发生器的设计一多谐振荡器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。
二对称式多谐振荡器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1对称式多谐振荡器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：原理示意图2图3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：图4图5使u O2迅速跳变为低电平、u O1迅速跳变为高电平，电路进入第二暂稳态。
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。
3 实验波形图图6对称式多谐振荡器的工作波形图74 主要参数矩形脉冲的振荡周期为T ≈1.4RFC当取RF ＝1k Ω、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 例如：Hz f 145= R=2K Ω时 则C=1000μF五 组长评语在本次的课程设计过程中，我们六个人分工明确合理，每个人都提前完成了自己所分得任务，才能使这次课程设计提前完成！回顾起此次课程设计，至今我仍感慨颇多，的确，从选题到定稿，从理论到实践。
可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。
多谐振荡器
Vc继续上升到Vc>2/3Vcc时， 进入状态C：输出翻转为0， 7脚对地导通；此时Vcc的充 电电流将由7脚到地，不能 再对C充电。C上电荷将由 D2经Rb通过第7脚对地泄放。 放电使Vc下降，到 Vc<1/3Vcc时，再次进入A 状态…C循环充放电，555将
555的振荡频率可根据公式计算得到约为720Hz，处于听觉范围内 555的电阻配为1k、100k，输出占空比为101/201，接近于50%，实验
证明，此种占空比较不刺耳
四、实验步骤
占空比连续可调的多谐振荡器
连接完电路后，将555的输出连接到电平灯上，应可看到电平灯闪烁。 调节电位器Rw，改变输出矩形波的占空比，将使电平灯亮灭的时间比发 生变化
按图中参数，不计二极管
导通电阻，则占空比为1Fra bibliotek～11 12 12
三、Ra 实7脚对验地 内容 导通
555 D1 Rb
D2
C
调节Rw,将改变Ra、Rb的值， 从而改变输出矩形波的占空比；
矩形波周期T=K×C×(Ra+Rb), 因为调节Rw时，如果不考虑二 极管的导通电阻，Ra+Rb将始 终保持不变，所以不会改变 555输出矩形波的频率
三、Ra 实7脚对验地 内容 导通
D1 Rb
D2
C
充电回路与放电回路如图所 示。充电时，555输出1；放 电时，555输出0。因为都是 对电容C充放电，如果不计 二极管的导通电阻，则555 的充放电时间正比于充放电 电阻。
占空比的计算可表达为
Ra 1 Rb
《数字电子技术》详细目录
《数字电子技术》目录第1章数制与编码1.1 数字电路基础知识1.1.1 模拟信号与数字信号1.1.2 数字电路的特点1.2 数制1.2.1 十进制数1.2.2 二进制数1.2.3 八进制数1.2.4 十六进制数1.3 数制转换1.3.1 二进制数与八进制数的相互转换1.3.2 二进制数与十六进制数的相互转换1.3.3 十进制数与任意进制数的相互转换1.4 二进制编码1.4.1 加权二进制码1.4.2 不加权的二进制码1.4.3 字母数字码1.4.4 补码1.5带符号二进制数的加减运算1.5.1 加法运算1.5.2 减法运算第2章逻辑门2.1 基本逻辑门2.1.1 与门2.1.2 或门2.1.3 非门2.2 复合逻辑门2.2.1 与非门2.2.2 或非门2.2.3 异或门2.2.4 同或门2.3 其它逻辑门2.3.1 集电极开路逻辑门2.3.2 集电极开路逻辑门的应用2.3.3 三态逻辑门2.4 集成电路逻辑门2.4.1 概述2.4.2 TTL集成电路逻辑门2.4.3 CMOS集成电路逻辑门2.4.4 集成逻辑门的性能参数2.4.5 TTL与CMOS集成电路的接口*第3章逻辑代数基础3.1 概述3.1.1 逻辑函数的基本概念3.1.2 逻辑函数的表示方法3.2 逻辑代数的运算规则3.2.1 逻辑代数的基本定律3.2.2 逻辑代数的基本公式3.2.3 摩根定理3.2.4 逻辑代数的规则3.3 逻辑函数的代数化简法3.3.1 并项化简法3.3.2 吸收化简法3.3.3 配项化简法3.3.4 消去冗余项法3.4 逻辑函数的标准形式3.4.1 最小项与最大项3.4.2 标准与或表达式3.4.3 标准或与表达式3.4.4 两种标准形式的相互转换3.4.5 逻辑函数表达式与真值表的相互转换3.5 逻辑函数的卡诺图化简法3.5.1 卡诺图3.5.2 与或表达式的卡诺图表示3.5.3 与或表达式的卡诺图化简3.5.4 或与表达式的卡诺图化简3.5.5 含无关项逻辑函数的卡诺图化简3.5.6 多输出逻辑函数的化简*第4章组合逻辑电路4.1 组合逻辑电路的分析4.1.1 组合逻辑电路的定义4.1.2 组合逻辑电路的分析步骤4.1.3 组合逻辑电路的分析举例4.2 组合逻辑电路的设计4.2.1 组合逻辑电路的一般设计步骤4.2.2 组合逻辑电路的设计举例4.3 编码器4.3.1 编码器的概念4.3.2 二进制编码器4.3.3 二－十进制编码器4.3.4 编码器应用举例4.4 译码器4.4.1 译码器的概念4.4.2 二进制译码器4.4.3 二－十进制译码器4.4.4 用译码器实现逻辑函数4.4.5 显示译码器4.4.6 译码器应用举例4.5 数据选择器与数据分配器4.5.1 数据选择器4.5.2 用数据选择器实现逻辑函数4.5.3 数据分配器4.5.4 数据选择器应用举例4.6 加法器4.6.1 半加器4.6.2 全加器4.6.3 多位加法器4.6.4 加法器应用举例4.6.5 加法器构成减法运算电路*4.7 比较器4.7.1 1位数值比较器4.7.2 集成数值比较器4.7.3 集成数值比较器应用举例4.8 码组转换电路4.8.1 BCD码之间的相互转换4.8.2 BCD码与二进制码之间的相互转换4.8.3 格雷码与二进制码之间的相互转换4.9 组合逻辑电路的竞争与冒险4.9.1 冒险现象的识别4.9.2 消除冒险现象的方法第5章触发器5.1 RS触发器5.1.1 基本RS触发器5.1.2 钟控RS触发器5.1.3 RS触发器应用举例5.2 D触发器5.2.1 电平触发D触发器5.2.2 边沿D触发器5.3 JK触发器5.3.1 主从JK触发器5.3.2 边沿JK触发器5.4 不同类型触发器的相互转换5.4.1 概述5.4.2 D触发器转换为JK、T和T＇触发器5.4.3 JK触发器转换为D触发器第6章寄存器与计数器6.1 寄存器与移位寄存器6.1.1 寄存器6.1.2 移位寄存器6.1.3移位寄存器应用举例6.2 异步N进制计数器6.2.1 异步n位二进制计数器6.2.2 异步非二进制计数器6.3 同步N进制计数器6.3.1 同步n位二进制计数器6.3.2 同步非二进制计数器6.4 集成计数器6.4.1 集成同步二进制计数器6.4.2 集成同步非二进制计数器6.4.3 集成异步二进制计数器6.4.4 集成异步非二进制计数器6.4.5 集成计数器的扩展6.4.6 集成计数器应用举例第7章时序逻辑电路的分析与设计7.1 概述7.1.1 时序逻辑电路的定义7.1.2 时序逻辑电路的结构7.1.3 时序逻辑电路的分类7.2 时序逻辑电路的分析7.2.1时序逻辑电路的分析步骤7.2.2 同步时序逻辑电路分析举例7.2.3 异步时序逻辑电路分析举例7.3 同步时序逻辑电路的设计7.3.1 同步时序逻辑电路的基本设计步骤7.3.2 同步时序逻辑电路设计举例第8章存储器与可编程器件8.1 存储器概述8.1.1 存储器的分类8.1.2 存储器的相关概念8.1.3 存储器的性能指标8.2 RAM8.2.1 RAM分类与结构8.2.2 SRAM8.2.3 DRAM8.3 ROM8.3.1 ROM分类与结构8.3.2 掩膜ROM8.3.3 可编程ROM8.3.4 可编程ROM的应用8.4 快闪存储器（Flash Memory）8.4.1 快闪存储器的电路结构8.4.2 闪存与其它存储器的比较8.5 存储器的扩展8.5.1 存储器的位扩展法8.5.2 存储器的字扩展法8.6 可编程阵列逻辑8.6.1 PAL的电路结构8.6.2 PAL器件举例8.6.3 PAL器件的应用8.7 通用阵列逻辑8.7.1 GAL的性能特点8.7.2 GAL的电路结构8.7.3 OLMC8.7.4 GAL器件的编程与开发8.8 CPLD、FPGA和在系统编程技术8.8.1 数字可编程器件的发展概况8.8.2数字可编程器件的编程语言8.8.3数字可编程器件的应用实例第9章D/A转换器和A/D转换器9.1 概述9.2 D/A转换器9.2.1 D/A转换器的电路结构9.2.2 二进制权电阻网络D/A转换器9.2.3 倒T型电阻网络D/A转换器9.2.4 D/A转换器的主要技术参数9.2.5 集成D/A转换器及应用举例9.3 A/D转换器9.3.1 A/D转换的一般步骤9.3.2 A/D转换器的种类9.3.3 A/D转换器的主要技术参数9.3.4 集成A/D转换器及应用举例第10章脉冲波形的产生与整形电路10.1 概述10.2 多谐振荡器10.2.1 门电路构成的多谐振荡器10.2.2 采用石英晶体的多谐振荡器10.3 单稳态触发器10.3.1 门电路构成的单稳态触发器10.3.2 集成单稳态触发器10.3.3 单稳态触发器的应用10.4 施密特触发器10.4.1 概述10.4.2 施密特触发器的应用10.5 555定时器及其应用10.5.1 电路组成及工作原理10.5.2 555定时器构成施密特触发器10.5.3 555定时器构成单稳态触发器10.5.4 555定时器构成多谐振荡器第11章数字集成电路简介11.1 TTL门电路11.1.1 TTL与非门电路11.1.2 TTL或非门电路11.1.3 TTL与或非门电路11.1.4 集电极开路门电路与三态门电路11.1.5 肖特基TTL与非门电路11.2 CMOS门电路11.2.1 概述11.2.2 CMOS非门电路11.2.3 CMOS与非门电路11.2.4 CMOS或非门电路11.2.5 CMOS门电路的构成规则11.3 数字集成电路的使用。
多谐振荡器
在数字电路或系统中，常常需要各种脉冲波形，例如时钟脉冲、控制过程的定时信号等。
这些脉冲波形的获取，通常采用两种方法：一种是利用脉冲信号产生器直接产生；另一种则是通过对已有信号进行变换，使之满足系统的要求。
本章以中规模集成电路555定时器为典型电路，主要讨论555定时器构成的施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器以及555定时器的典型应用。
集成555定时器555定时器是一种多用途的单片中规模集成电路。
该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。
因而在波形的产生与变换、测量与控制、家用电器和电子玩具等许多领域中都得到了广泛的应用。
目前生产的定时器有双极型和CMOS 两种类型，其型号分别有NE555（或5G555）和C7555等多种。
通常，双极型产品型号最后的三位数码都是555，CMOS 产品型号的最后四位数码都是7555，它们的结构、工作原理以及外部引脚排列基本相同。
一般双极型定时器具有较大的驱动能力，而CMOS 定时电路具有低功耗、输入阻抗高等优点。
555定时器工作的电源电压很宽，并可承受较大的负载电流。
双极型定时器电源电压范围为5～16V ，最大负载电流可达200mA ；CMOS 定时器电源电压变化范围为3～18V ，最大负载电流在4mA 以下。
一． 555定时器的电路结构与工作原理 1．555定时器内部结构：（1）由三个阻值为5k Ω的电阻组成的分压器； （2）两个电压比较器C 1和C 2： v +＞v －，v o =1；v +＜v －，v o =0。
（3）基本RS 触发器；（4）放电三极管T 及缓冲器G 。
2．工作原理。
当5脚悬空时，比较器C 1和C 2的比较电压分别为cc V 32和cc V 31。
（1）当v I1>cc V 32，v I2>cc V 31时，比较器 C 1输出低电平，C 2输出高电平，基本RS 触发器被置0，放电三极管T 导通，输出端v O 为低电平。
(完整版)《数字电子技术》知识点
《数字电子技术》知识点第1章 数字逻辑基础1．数字信号、模拟信号的定义2．数字电路的分类3．数制、编码其及转换要求：能熟练在10进制、2进制、8进制、16进制、8421BCD 之间进行相互转换。
举例1：（37.25）10= ( )2= ( )16= ( )8421BCD 解：（37.25）10= (100101.01)2= ( 25.4)16= (00110111.00100101)8421BCD 4．基本逻辑运算的特点与运算：见零为零，全1为1；或运算：见1为1，全零为零；与非运算：见零为1，全1为零；或非运算：见1为零，全零为1；异或运算：相异为1，相同为零；同或运算：相同为1，相异为零；非运算：零变 1， 1变零；要求：熟练应用上述逻辑运算。
5．数字电路逻辑功能的几种表示方法及相互转换。
①真值表（组合逻辑电路）或状态转换真值表（时序逻辑电路）：是由变量的所有可能取值组合及其对应的函数值所构成的表格。
②逻辑表达式：是由逻辑变量和与、或、非3种运算符连接起来所构成的式子。
③卡诺图：是由表示变量的所有可能取值组合的小方格所构成的图形。
④逻辑图：是由表示逻辑运算的逻辑符号所构成的图形。
⑤波形图或时序图：是由输入变量的所有可能取值组合的高、低电平及其对应的输出函数值的高、低电平所构成的图形。
⑥状态图（只有时序电路才有）：描述时序逻辑电路的状态转换关系及转换条件的图形称为状态图。
要求：掌握这五种（对组合逻辑电路）或六种（对时序逻辑电路）方法之间的相互转换。
6．逻辑代数运算的基本规则①反演规则：对于任何一个逻辑表达式Y ，如果将表达式中的所有“·”换成“＋”，“＋”换成“·”，“0”换成“1”，“1”换成“0”，原变量换成反变量，反变量换成原变量，那么所得到的表达式就是函数Y 的反函数Y （或称补函数）。
这个规则称为反演规则。
②对偶规则：对于任何一个逻辑表达式Y ，如果将表达式中的所有“·”换成“＋”，“＋”换成“·”，“0”换成“1”，“1”换成“0”，而变量保持不变，则可得到的一个新的函数表达式Y ＇，Y ＇称为函Y 的对偶函数。
多谐振荡器
多谐振荡器在数字电路或系统中，常常需要各种脉冲波形，例如时钟脉冲、控制过程的定时信号等。
这些脉冲波形的获取，通常采用两种方法：一种是利用脉冲信号产生器直接产生；另一种则是通过对已有信号进行变换，使之满足系统的要求。
本章以中规模集成电路555定时器为典型电路，主要讨论555定时器构成的施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器以及555定时器的典型应用。
集成555定时器555定时器是一种多用途的单片中规模集成电路。
该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。
因而在波形的产生与变换、测量与控制、家用电器和电子玩具等许多领域中都得到了广泛的应用。
目前生产的定时器有双极型和CMOS 两种类型，其型号分别有NE555（或5G555）和C7555等多种。
通常，双极型产品型号最后的三位数码都是555，CMOS 产品型号的最后四位数码都是7555，它们的结构、工作原理以及外部引脚排列基本相同。
一般双极型定时器具有较大的驱动能力，而CMOS 定时电路具有低功耗、输入阻抗高等优点。
555定时器工作的电源电压很宽，并可承受较大的负载电流。
双极型定时器电源电压范围为5～16V ，最大负载电流可达200mA ；CMOS 定时器电源电压变化范围为3～18V ，最大负载电流在4mA 以下。
一．555定时器的电路结构与工作原理1．555定时器内部结构：（1）由三个阻值为5k Ω的电阻组成的分压器；（2）两个电压比较器C 1和C 2： v +＞v －，v o =1；v +＜v －，v o =0。
（3）基本RS 触发器；（4）放电三极管T 及缓冲器G 。
2．工作原理。
当5脚悬空时，比较器C 1和C 2的比较电压分别为cc V 32和cc V 31。
（1）当v I1>cc V 32，v I2>cc V 31时，比较器 C 1输出低电平，C 2输出高电平，基本RS 触发器被置0，放电三极管T 导通，输出端v O 为低电平。
《对称式多谐振荡器》课件
于传输信息。
扩频通信
03
在扩频通信中，对称式多谐振荡器可以作为伪随机码的生成器
，用于扩频和解扩频过程。
在控制系统中的应用
反馈控制
对称式多谐振荡器可以用于反馈控制系统中，作为系统的反馈信 号源。
自动控制系统
在自动控制系统中，对称式多谐振荡器可以用于产生控制信号， 实现系统的自动调节。
伺服系统
在伺服系统中，对称式多谐振荡器可以作为伺服电机的驱动信号 ，实现系统的快速响应和精确控制。
频率精度
频率精度是衡量振荡器频率稳定性的重要指标，对称式多谐振荡器 的频率精度通常较高，能够达到小数点后数位的精度。
频率调节范围
对称式多谐振荡器的频率调节范围通常较宽，允许用户在一定范围 内调整输出频率，以满足不同的应用需求。
波形质量
波形失真
对称式多谐振荡器的波形失真较 小，输出信号的波形接近于理想 状态，能够满足高精度和高质量
02
对称式多谐振荡器的电路 结构
电路元件的介绍
01
02
03
电阻
在多谐振荡器中，电阻用 于限制电流，并产生电压 降，从而影响振荡器的频 率。
电容
电容在多谐振荡器中起到 储存和释放电荷的作用， 对振荡器的频率和波形产 生影响。
电感
电感在多谐振荡器中起到 储存磁场能量和释放磁场 能量的作用，对振荡器的 频率和波形产生影响。
长期稳定性
对称式多谐振荡器的长期稳定性较好，即使在长时间工作过程中， 其性能参数的变化也较小，保证了系统的稳定性和可靠性。
抗干扰能力
对称式多谐振荡器的抗干扰能力较强，能够有效地抑制外部噪声和干 扰，保证输出信号的纯净度和稳定性。
04
对称式多谐振荡器的设计 方法
数字电路多谐振荡器
数字电路设计报告设计课题：使用门电路产生脉冲信号——自激多谐振荡器专业班级：13电信卓越班学生姓名：陈军波学号：130807002指导教师：许粮老师设计时间：2014年12月27日自激多谐振荡器一、设计任务与要求1．掌握使用门电路构成信号脉冲信号产生电路的基本方法；2．掌握影响输出脉冲波形参数的定时原件数值的计数方法；3．学习石英晶体稳频原理和使用石英晶体构成振荡器的方法；4.掌握555集成时基电路的基本应用。
二、方案设计与论证1.方案一、对称型多谐振荡器右图为由TTL门电路组成的对称多谐振荡器的电路结构和电路符号。
图中G1、G2两个反相器之间经电容C1和C2耦合形成正反馈回路。
合理选择反馈电阻R F1和R F2，可使G1和G2工作在电压传输特性的转折区，这时，两个反相器都工作在放大区。
由于G1和G2的外部电路对称，因此，又称为对称多谐振荡器。
2.方案二、非对称多谐振荡器两个反相器G1，G2耦合电容C1，C2，电阻Rf1，Rf2 两个反相器G1，G2耦合电容C，电阻R 方波方波右图为由COMS门电路组成的非对称多谐振荡器的电路结构和电路符号。
如果仔细研究一下对称式多谐振荡器就不难发现，这是电路的近一步简化。
只要在反馈环路中保留电容C2，电路就任然没有稳定状态，而只能在两个暂稳态之间往复振荡。
就得到了非对称多谐振荡器。
3.方案三、石英晶体稳频的多谐振荡器两个反相器Ｇ１，Ｇ２两个电容Ｃ１，,Ｃ２充放电，晶振方波右图为由ＴＴＬ门电路组成的Ｓ石英晶体稳频的多谐振荡器的电路结构和电路符号。
可以看出将石英晶体与对称式多谐振荡器的电容串联起来，就组成了右图的石英晶体振荡器。
图３石英晶体稳频多谐振荡器４.方案四使用５５５定时器接成的多谐振荡器ＮＥ５５５芯片ＲＣ积分电路方波右图为由５５５定时器和外接元器件Ｒ１，Ｒ２，Ｃ构成的多谐振荡器，脚２与脚６直接相连。
电路没有稳态，仅存在两个暂稳态，电路也不需要外接触发信号，利用电源通过Ｒ１，Ｒ２向电容Ｃ充电，以及Ｃ通过Ｒ２向放电端Ｄｃ放电，使电路产生自激振荡。
数字逻辑课后习题(填空题)
第1章数字电路基础知识1 电子电路主要分为两类：一类是模拟电路，另一类是数字电路。
2 模拟电路处理的是模拟信号，而数字电路处理的是数字信号。
3 晶体管（即半导体三极管）的工作状态有三种：截止、放大和饱和。
在模拟电路中，晶体管主要工作在放大状态。
4 在数字电路中，晶体管工作在截止与饱和状态，也称为“开关”状态。
5 模拟信号是一种大小随时间连续变化的电压或电流，数字信号是一种突变的电压和电流。
6 模拟信号的电压或电流的大小是随时间连续缓慢变化的，而数字信号的特点是“保持”（一段时间内维持低电压或高电压）和“突变”（低电压与高电压的转换瞬间完成）。
7 在数字电路中常将0~1v范围的电压称为低电平，用“0”来表示；将3~5v范围的电压称为高电平，用“1”来表示。
第2章 门电路1 基本门电路有与门、或门、非门三种。
2 与门电路的特点是：只有输入端都为 高电平 时，输出端才会输出高电平；只要有一个输入端为“0”，输出端就会输出 低电平 。
与门的逻辑表达式是 Y A B =∙ 。
3 或门电路的特点是：只要有一个输入端为 高电平 ，输出端就会输出高电平。
只有输入端都为 低电平 时，输出端才会输出低电平。
或门的逻辑表达式是Y A B =+ 。
4 非门电路的特点是：输入与输出状态总是 相反 。
非门的逻辑表达式是 Y A -= 。
5 与非门的特点是：只有输入全为“1”，输出为 0 ，只要有一个输入端为“0”，输出端就会输出 1 。
与非门的逻辑表达式是 。
6 或非门的特点是：只有输入全为“0”时，才输出 1 ，只要输入有“1”，输出就为 0 。
或非门的逻辑表达式是 。
7 与或非的特点是：A 、B 或C 、D 两组中有一组全为“1”，输出就为 0 ，否则输出就为 1 。
与或非门的逻辑表达式是 。
8 异或门的特点是：当两个输入端一个为“0”，另一个为“1”，输出为 1 ，当两个输入端均为“1”或“0”时，输出为 0 。
异或门的逻辑表达式是 。
数字电路复习资料
数字电路复习资料数字电路复习资料1第一部分：基本要求和基本概念第一章半导体器件的基本知识一，基本建议1，了解半导体pn结的形成及特性，了解半导体二极管的开关特性及钳位作用。
2，介绍半导体三极管的输出特性和输出特性，熟识半导体三极管共发射极电路的三个工作区的条件及特点，掌控三极管开关电路分析的基本方法。
3，了解绝缘栅场效应管（mos）的结构、符号、工作原理及特性。
二，基本概念1，按导电率为可以把材料分成导体、绝缘体和半导体。
2，半导体中存有空穴和自由电子两种载流子。
3，清澈半导体称作本征半导体。
4，p型半导体中的多数载流子是空穴；少数载流子是自由电子。
5，n型半导体中的多数载流子是自由电子；少数载流子是空穴。
6，pn结是一个二极管，它具有单项导电性。
7，二极管电容由结电容和扩散电容构成。
8，二极管的截至条件就是vd＜0.5v，导通条件就是vd≥0.7v。
9，三极管的截止条件是vbe＜0.5v，截止的特点是ib=ic≈0；饱和条件是ib≥（ec-vces）/（βrc），饱和的特点是vbe≈0.7v，vce=vces≤0.3v。
第二章门电路一，基本要求1，熟识分立元件“与”“或”“非”“与非”“或非”门电路的工作原理、逻辑符号和功能。
2，熟悉ttl集成与非门的结构、工作原理及外部特性，熟悉oc门三态门和异或门的功能及主要用途，掌握各种门电路输出波形的画法。
2，熟识pmos门nmos门和cmos门的结构和工作原理，熟识cmos门的外部特性及主要特点，掌控mos门电路的逻辑功能的分析方法。
二，基本概念1，门是实现一些基本逻辑关系的电路。
2，三种基本逻辑就是与、或、非。
3，与门就是同时实现与逻辑关系的电路；或门就是同时实现或逻辑关系的电路；非门就是同时实现非逻辑关系的电路。
4，按集成度可以把集成电路分为小规模（ssi）中规模（msi）大规模（lsi）和超大规模（vlsi）集成电路。
5，仅有一种载流子参予导电的器件叫做单极型器件；存有两种载流子参予导电的器件叫做双极型器件。
(完整版)数电知识点总结(整理版)
数电复习知识点第一章1、了解任意进制数的一般表达式、2-8-10-16进制数之间的相互转换；2、了解码制相关的基本概念和常用二进制编码（8421BCD、格雷码等）；第三章1、掌握与、或、非逻辑运算和常用组合逻辑运算（与非、或非、与或非、异或、同或）及其逻辑符号；2、掌握逻辑问题的描述、逻辑函数及其表达方式、真值表的建立；3、掌握逻辑代数的基本定律、基本公式、基本规则（对偶、反演等）；4、掌握逻辑函数的常用化简法（代数法和卡诺图法）；5、掌握最小项的定义以及逻辑函数的最小项表达式；掌握无关项的表示方法和化简原则；6、掌握逻辑表达式的转换方法（与或式、与非－与非式、与或非式的转换）；第四章1、了解包括MOS在内的半导体元件的开关特性；2、掌握TTL门电路和MOS门电路的逻辑关系的简单分析；3、了解拉电流负载、灌电流负载的概念、噪声容限的概念；4、掌握OD门、OC门及其逻辑符号、使用方法；5、掌握三态门及其逻辑符号、使用方法；6、掌握CMOS传输门及其逻辑符号、使用方法；7、了解正逻辑与负逻辑的定义及其对应关系；8、掌握TTL与CMOS门电路的输入特性（输入端接高阻、接低阻、悬空等）；第五章1、掌握组合逻辑电路的分析与设计方法；2、掌握产生竞争与冒险的原因、检查方法及常用消除方法；3、掌握常用的组合逻辑集成器件（编码器、译码器、数据选择器）；4、掌握用集成译码器实现逻辑函数的方法；5、掌握用2n选一数据选择器实现n或者n＋1个变量的逻辑函数的方法；第六章1、掌握各种触发器（RS、D、JK、T、T’）的功能、特性方程及其常用表达方式（状态转换表、状态转换图、波形图等）；2、了解各种RS触发器的约束条件；3、掌握异步清零端Rd和异步置位端Sd的用法；2、了解不同功能触发器之间的相互转换；第七章1、了解时序逻辑电路的特点和分类；2、掌握时序逻辑电路的描述方法（状态转移表、状态转移图、波形图、驱动方程、状态方程、输出方程）；3、掌握同步时序逻辑电路的分析与设计方法，掌握原始状态转移图的化简；4、了解异步时序逻辑电路的简单分析；5、掌握移位寄存器、计数器的功能、工作原理和实际应用等；6、掌握集成计数器实现任意进制计数器的方法；7、掌握用移位寄存器、计数器以及其他组合逻辑器件构成循环序列发生器的原理；第八章1、掌握门电路和分立元件构成的施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器的电路组成及工作原理，掌握相关参数的计算方法；2、掌握用555电路构成施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器的方法以及工作参数的计算或者改变方法；第九章1、了解ROM和RAM的基本概念；2、了解存储器容量的表示方法和扩展方法，了解存储容量与地址线、数据线的关系。
5.2.4-多谐振荡器概述
1 门电路组成的多谐振荡器
1）电路组成及工作原理
G1
1
υI
C
R G1
1
υO1
υO2
（a）门电路组成多谐振荡器
1 门电路组成的多谐振荡器
υI
VDD +ΔV+
VTH
O -ΔV-
t
υO2
VDD
T1 第一 暂稳态
T2 第二 暂稳态
O
t1
t1
t
CMOS门电路组成的多谐振荡器波形图
1 门电路组成的多谐振荡器
VCC
R1
8
7
4 3 υO
R2 6
555
2
C υC
1
5
0.01µF
2 555定时器组成的多谐振荡器
电容上的电压υC与输出υO的波形图如图
υC
2 3
V
CC
1 3
V CC
O
t
υO
t1
t2
O T
t
2 555定时器组成的多谐振荡器
当电源接通时，电容C开始充电，电压上升，当电 压υC上升至2/3VCC时，555定时器内部触发器被复位， TD开始导通，此时输出υO为低电平，电容C开始通过电 阻R2及TD放电，致使电容电压υC开始下降，当υC下降 至1/3VCC时，555定时器内部触发器又被置1，输出υO 为高电平。
（2）第二暂稳态T2的计算
（1）第一暂稳态T1的计算
τ=RC，T1=t2-t1，υI（0+）=-ΔV-≈0V，υI（∞）=VDD， 由RC电路的瞬态相应分析可得
T1
RC
ln VDD VDD VTH
（2）第二暂稳态T2的计算
t2作为时间起点，τ=RC，υI（0+）=VDD+ΔV+≈VDD，
门电路组成的多谐振荡器
vO 1
CP
1J
＞ C1
1K
& 1
Q
&
Q
2
VCC
CP Q 1 2
门电路组成的多谐振 荡器.
谢谢
9.1.0 概 述
多谐振荡器电路应由哪几部分组成？
延时环节
开 关 电 路
开关器件：产生高、低 电平；
反馈延迟环节：利用RC 电路的充放电特性实现延 时，将输出电压恰当地反 馈给开关器件使之改变输 出状态，以获得所需要的 振荡频率。
9.1.1 门电路组成的多谐振荡器
1. 电路组成 开关器件：逻辑门电路
9.1 多谐振荡器
9.1.1 门电路组成的多谐振荡器
• 电路的组成及工作原理 • 振荡周期的计算
9.1.2 石英晶体振荡器
9.1 多谐振荡器
9.1.0 概 述
多谐振荡器是一种自激振荡器，电路在接通电源 后无需外接触发信号就能产生一定频率和幅值的矩 形波脉冲波或方波。
VCC
多谐振荡器
9.1 多谐振荡器
4、加补偿电阻的CMOS多谐振荡器
R RON(P)+RON(N)
G1
G2
vI 1 vO1 1
vO
C C分布（分布电容）
RS
R C
电源电压波动时，会使振荡频率不稳定。
当
Vth
VDD 2
，Rs>>R (一般取 Rs=10R )。
9.1.2 石英晶体振荡器
1、石英晶体由门电路组成电感的多谐振荡器，1周期 TC1 取决于1 R
vO
D1
vI D2
vO1
VDD 0
vI
VDD Vth
0
vO2
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2018/9/17
图6-27 石英晶体振荡器电路
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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。
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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。
图6-26 CMOS反相器构成 多谐振荡器的工作波形
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振荡周期为
T＝1.4RC
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6.4.3 石英晶体振荡器
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：
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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。
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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。
石英晶体的阻抗频率特性图
Hale Waihona Puke 2018/9/1716
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。 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。
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作业题
6-4
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2018/9/17
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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
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 ：
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。 。
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3. CMOS反相器构成的多谐振荡器
图6-25 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：
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。
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图6-21 对称式多谐振荡器的工作波形
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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。
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6.4.2
环形振荡器
1. 最简单的环形振荡器
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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。
图6-23
RS 是 限 流 电 阻 （ 保 护 G3 ） ， 通 常选100Ω左右。 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。
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图6-24 RC环形振荡器的工作波形
6.4
多谐振荡器
结束 放映
6.4.1 对称式多谐振荡器
6.4.2 环形振荡器
6.4.3 石英晶体振荡器
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1
复习
单稳态触发器的工作特点？ 主要参数？ 主要应用？
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2
6.4
多谐振荡器
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。
图6-22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。 2018/9/17 9
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 增加 RC延迟环节，即可组成RC环形振荡器电路。 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。