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
(2-3)两个暂稳态之间的状 态转换 由于C1经过R1和RF2两条支 路充电，充电速度较快，vI2 首先到达G2的阈值VTH，引 起了正反馈
第 一
vO1 ↑ H ， vO2 ↓L ；进入第二 个暂稳态，同时电容C2 开始 充电， C1开始放电
第 二
§10.4.1 对称式多谐振荡器
(2-4) 各点电压的波形
(1) 静态（无稳态电路）
G1和G2分别被反馈电阻偏置到放大状态，输入电
压有极微小的扰动，就会引起自激振荡。
RF 1 R1 vI (VCC VBE ) vO R1 RF 1 R1 Rຫໍສະໝຸດ Baidu 1
由叠加原理
§10.4.1 对称式多谐振荡器
(1) 静态（无稳态电路）
G1和G2分别被反馈电阻偏置到放大状态，输入电
RFC ln 3
振荡周期
T T1 T2 2RFC ln 3 2.2RFC
讨论：TTL非对称式多谐振荡器
§10.4 多谐振荡器


环形多谐振荡器
利用延迟负反馈产生振荡 奇数个反相器首尾相连
振荡周期为T=2 n tpd（n为奇数） 传输延迟时间极短，振荡频率 太高，而且不易调节
§10.4.1 对称式多谐振荡器
(3) 定量计算：振荡周期
第一个暂稳态的持续时间 T1 等于 vI2 从C1开始充电到上升到 VTH 的时间
RE1
RF 1 RF 2 RF 1 RF 2 RF 2 (VCC VOH VBE ) RF 1 RF 2
VE1 VOH
Vc () Vc (0) t RC ln Vc () VTH
频率稳定度可达10－10～10－11（未考虑 温度漂移）

石英晶体多谐振荡器的振荡频率取决于石英晶体的固有谐 波频率f0，而与外接电阻电容无关。（讨论：受迫振动）
§10.4.5 用施密特触发器构成多谐振荡器
用CMOS反相器构成的施密特触发器 （a）电路 （b）图形符号
§10.4.5 用施密特触发器构成多谐振荡器
讨论：实用性，所谓“线 速”…
§10.4.3 环形多谐振荡器
• 附加RC充放电延迟环节
• 加入积分器，在工作状态…RC的充放电情况 • 问题… • 改进，对C能够“大幅度（压降）”地充放电，
§10.4.3 环形 多谐振荡器
§10.4.3 环形多谐振荡器
充电时间
VE [VTH (VOH VOL )] T1 RE C ln VE VTH
VE1 VIK T1 RE1C1 ln VE1 VTH
由于电路完全对称，总振荡周期T=2T1
§10.4 多谐振荡器

非对称式多谐振荡器
• G1被偏置在转折区，则其输出馈入G2的输入，也将G2偏置到转折
区。
• 讨论：振荡电路对储能元件的要求 • 注意保护电阻…
CMOS门电路构成的非对称式多谐振荡器
电路的电压传输特性
（a）同相输出 （b）反相输出
§10.4.5 用施密特触发器构成多谐振荡器
用施密特触发器实现波形变换
§10.4.5 用施密特触发器构成多谐振荡器
用施密特触发器对脉冲整形
§10.4.5用施密特触发器构成多谐振荡器
积 分 器
Vc () Vc (0) t RC ln Vc () VTH

频率可调范围：…； 缺点：对于TTL与非门，R一般 1k Ohm左右，不能过大； 改进电路



电路中增加一级射级输出； 缓冲隔离，可扩大R的取值范围到10 kΩ 频率调节范围扩大10倍
§10.4.4 多谐振荡器


石英晶体多谐振荡器
普通多谐波振荡器的问题：转换电平不 稳定，转换电平微小的变化或者轻微的 干扰都会严重影响振荡周期，易受干扰 频率稳定性不高 石英晶体的谐振频率由石英晶体的结晶 方向和外形尺寸决定，具有极高的频率 稳定性
思考：如何确定是充电还是放电?
VR () VR (0) t RC ln VR () VTH
放电时间（考察 暂稳态一）
T2 RFC ln
0 (VTH VDD ) 0 VTH
RFC ln 3
充电时间（考察 暂稳态二）
T1 RFC ln
VDD (VTH VDD ) VDD VTH
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ vI轴的截距
线性区
~~~~~~~~ vI轴- vO轴 的斜率
静态工作点P，电压放大倍数
vO
转折区
v I
外电路负载特性曲线
1
反相器传输特性曲线
对于74系列门电 路，RF的阻值应 取0.5k~1.9k
§10.4.1 对称式多谐振荡器
(2-1) 从不稳定平衡态到暂稳 态的状态转换
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
振荡周期
VDD VT VT T T1 T2 RC ln( ) RC ln VDD VT VT
§10.4.5 用施密特触发器构成多谐振荡器
§10.4.6 555定时器构成多谐振荡器
一、 555定时器的电路结构及功能 1.电路结构 （1）三个5k电阻组 成的分压器。 （2）两个电压比较器 （3）基本RS触发器 （4）放电三极管
——电路等效 C1充电的等效电路
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
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？
§10.4.1 对称式多谐振荡器
(2-2) 暂稳态
用555构成多谐振荡器
振荡周期：
T 0.7(R 2R )C 1 2
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
（5）缓冲器
当6脚电压V6＞2VCC/3、2脚电压V2＞VCC/3时， 比较器A1输出为0，A2输出为1，基本RS触发器被置 0，VT饱和导通，3脚U0输出为低电平。 当V6＜2VCC/3、V2＜VCC/3时，比较器A1输出为 1，A2输出为0,基本RS触发器被置1,VT截止， 3脚U0 输出高电平。 当V6＜2VCC/3、V2＞VCC/3时，A1、A2的输出 均为1，基本RS触发器的状态保持不变，因而VT和3 脚U0的输出状态也保持不变。
压有极微小的扰动，就会引起自激振荡。
RF 1 R1 vI (VCC VBE ) vO R1 RF 1 R1 RF 1 RF 1 vI (VCC VBE vO ) vO R1 RF 1
由叠加原理 其实不用这么费 解，…
§10.4.1 对称式多谐振荡器
RF 1 R1 vI (VCC VBE ) vO R1 RF 1 R1 RF 1