多諧振蕩器教學(xué)課件

1、封面返回多諧振蕩器西藏阿里新藏公路前言前言 多諧振蕩器又稱無穩(wěn)態(tài)電路，主要用于產(chǎn)生各種方波或時鐘脈沖信號。典型的多諧振蕩器是： (1)自激多諧振蕩器； (2)石英晶體振蕩器。返回學(xué)習(xí)主頁多諧振蕩器 使用說明：要學(xué)習(xí)哪部分內(nèi)容，只需把鼠標(biāo)移到相應(yīng)的目錄上單擊鼠標(biāo)左鍵即可，按空格鍵或鼠標(biāo)左鍵將按目錄順序?qū)W習(xí)。自激多諧振蕩器石英晶體振蕩器結(jié)束參考資料泰國皇宮返回一、基本環(huán)形振蕩器1.環(huán)形振蕩器基本工作原理只考慮與非門理想情形下的工作過程分析一、基本環(huán)形振蕩器多諧振蕩器 1、環(huán)形振蕩器基本電路和工作原理 基本電路：三個TTL與非門首尾相接。vIvO2vO3vO1理想狀態(tài)下的工作過程分析：設(shè)輸入一個脈沖

2、信號。 反饋的脈沖與輸入脈沖反相，是負反饋。 理想狀態(tài)下（不考慮級間延時），顯然此電路不可能產(chǎn)生 振蕩。因為反饋信號與輸入信號相位差為反相 (180) 而不是同相(0或360)。但考慮延時后，情形就不一樣了。繼續(xù)本頁完vIvO(vO1)vO2vO3111ttttOOOOvIvO(vO1)vO2vO3考慮與非門有延時情形下的工作過程分析一、基本環(huán)形振蕩器多諧振蕩器 1、環(huán)形振蕩器基本電路和工作原理vIvO2vO3vO1 考慮與非門延時tpd情形下的工作過程分析：繼續(xù)本頁完111延時一個tpd，vO1翻轉(zhuǎn)。再延時一個tpd，vO2翻轉(zhuǎn)。再延時一個tpd，vO3翻轉(zhuǎn)。每一間隔為一個tpd。 設(shè)電路接

3、通瞬間vI為高電平。 只要接通電源，電路就會產(chǎn)生一系的脈沖，稱為自激振蕩。vO3的反饋使vI翻轉(zhuǎn)為0。vO3的反饋使vI翻轉(zhuǎn)為1。 基本電路：三個TTL與非門首尾相接。理想狀態(tài)下的工作過程分析：ttttOOOOvIvO(vO1)vO2vO3考慮與非門有延時情形下的工作過程分析一、基本環(huán)形振蕩器多諧振蕩器 1、環(huán)形振蕩器基本電路和工作原理 每一個與非門都產(chǎn)生一個tpd 延時，每個延時產(chǎn)生60移相，三個門共產(chǎn)生180移相；又每個與非門本身產(chǎn)生180相移，三個門產(chǎn)生540的移相，整個電路產(chǎn)生720移相即2360，符合正反饋的相位要求。6tpd振蕩周期為6tpd。 基本原理：TTL與非門的倒相及延時作

4、用引起自激振蕩。繼續(xù)本頁完111vIvO2vO3vO1 基本電路：三個TTL與非門首尾相接。理想狀態(tài)下的工作過程分析： 考慮與非門延時tpd情形下的工作過程分析：ttttOOOOvIvO(vO1)vO2vO32.環(huán)形振蕩器的作用一、基本環(huán)形振蕩器多諧振蕩器 1、環(huán)形振蕩器基本電路和工作原理 2、環(huán)形振蕩器的作用 由波形可以看出，每個與非門產(chǎn)生的延時約是60相位，振蕩周期T=6tpd，振蕩頻率高且不可調(diào)。繼續(xù)本頁完111vIvO2vO3vO16tpd振蕩周期為6tpd。 實際應(yīng)用：工廠常用這種電路測試與非門的延遲參數(shù)tpd。ttttOOOO二、頻率可調(diào)的環(huán)形振蕩器1.電路形式多諧振蕩器 二、頻率

5、可調(diào)的環(huán)形振蕩器 電路形式 在三個與非門之間加入了一個RC延時網(wǎng)絡(luò)，由于RC較大，可忽略tpd，并且可以改變RC值使振蕩頻率改變。RS起隔離作用，把電容C的輸出vI3與G3的輸入隔離開。RC定時網(wǎng)絡(luò)RS隔離電阻繼續(xù)本頁完vO1 RvI3RSCvI2vO2vO(vO3)vI1G1G2G3111vO1 RvI3RSCvI2vO2vO(vO3)vI1G1G2G32.工作過程及思路分析多諧振蕩器vO (vI1)vO2vI3vO1 (vI2 )1.4Vtttt 二、頻率可調(diào)的環(huán)形振蕩器 電路形式 工作過程及波形分析 分析思路：C是“心臟”，關(guān)鍵點是vI3。接通電源時，C的充放電使vI3電壓發(fā)生變化。每當(dāng)

6、vI3到達閾值電壓VT=1.4V時，電路就會翻轉(zhuǎn)，電路不停的自動翻轉(zhuǎn)，就會在vO輸出一系列的矩形脈沖，即電路產(chǎn)生了振蕩。繼續(xù)本頁完111C 電容器C是維持電路工作的“心臟”，電容C的不斷充放電令電路產(chǎn)生振蕩。 電路關(guān)鍵點電壓值vI3。此電壓只要到達閾值電壓VT，電路就翻轉(zhuǎn)一次。vO1 RvI3RSCvI2vO2vO(vO3)vI1G1G2G3第一暫穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器1.4Vtttt 二、頻率可調(diào)的環(huán)形振蕩器 電路形式 C電壓不能突變. 工作過程及波形分析第一暫穩(wěn)態(tài) 設(shè)接通電源的瞬間，各門電路動作，設(shè)G3搶先導(dǎo)通，輸出低電平。0101 接通電源時各與非門的狀態(tài)。繼續(xù)本頁完000 接通電源瞬間G3搶先

7、導(dǎo)通，輸出0。111CvO (vI1)vO2vI3vO1 (vI2 )1vO1 RvI3RSCvI2vO2vO(vO3)vI1G1G2G3第一暫穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器tttt 二、頻率可調(diào)的環(huán)形振蕩器 電路形式 工作過程及波形分析第一暫穩(wěn)態(tài)001011 顯然，第一暫穩(wěn)態(tài)維持至vI3下降到VT時。+ -+ - 同時，第一暫穩(wěn)態(tài)的時間T1的長短由RC和 G1、G2的輸出電阻決定。T1繼續(xù)本頁完111vI3下降 第一暫穩(wěn)態(tài)波形。G1對C充電C1.4VvO (vI1)vO2vI3vO1 (vI2 ) 只要vI3未降至VT時，電路各點狀態(tài)保持不變，處于第一暫穩(wěn)態(tài)。 設(shè)接通電源的瞬間，各門電路動作，設(shè)G3搶先導(dǎo)通

8、，輸出低電平。vO1 RvI3RSCvI2vO2vO(vO3)vI1G1G2G3111第一次翻轉(zhuǎn)多諧振蕩器 當(dāng)vI3下降至VT 瞬間.tttt 二、頻率可調(diào)的環(huán)形振蕩器 電路形式 工作過程及波形分析第一暫穩(wěn)態(tài) 第一次翻轉(zhuǎn)001011+ -+ -G3翻轉(zhuǎn)充電電流消失T1 當(dāng)vI3下降至VT 瞬間。110引起連鎖反應(yīng)繼續(xù)本頁完1CVT C兩端電壓不能突變，所以vI3的電勢比0還低，為負值。亦作為“0”。001.4VvO (vI1)vO2vI3vO1 (vI2 )第一次翻轉(zhuǎn)多諧振蕩器tttt 二、頻率可調(diào)的環(huán)形振蕩器 電路形式 工作過程及波形分析第一暫穩(wěn)態(tài) 第一次翻轉(zhuǎn)001+ -+ -T1110繼續(xù)

9、本頁完C1vO1 RvI3RSCvI2vO2vO(vO3)vI1G1G2G31111.4VvO (vI1)vO2vI3vO1 (vI2 ) 當(dāng)vI3下降至VT 瞬間.G3翻轉(zhuǎn)充電電流消失 當(dāng)vI3下降至VT 瞬間。引起連鎖反應(yīng) C兩端電壓不能突變，所以vI3的電勢比0還低，為負值。亦作為“0”。 第一次翻轉(zhuǎn)的波形。00vO1 RvI3RSCvI2vO2vO(vO3)vI1G1G2G3111第二暫態(tài)多諧振蕩器tttt 二、頻率可調(diào)的環(huán)形振蕩器 電路形式 電路翻轉(zhuǎn)后，G2 對C反向充電。 工作過程及波形分析第一暫穩(wěn)態(tài) 第一次翻轉(zhuǎn)001 翻轉(zhuǎn)后，電容電流的方向發(fā)生了改變。+ -+ -T1110 第二

10、暫穩(wěn)態(tài)+ -+ -繼續(xù)本頁完C1001.4VvO (vI1)vO2vI3vO1 (vI2 ) C上原電荷逐漸減少至0，然后電容電荷極性相反增加。vO1 RvI3RSCvI2vO2vO(vO3)vI1G1G2G3111第二暫態(tài)多諧振蕩器tttt 二、頻率可調(diào)的環(huán)形振蕩器 電路形式 工作過程及波形分析第一暫穩(wěn)態(tài) 第一次翻轉(zhuǎn)001- +T1110- +vI3上升 只要vI3 未升至VT時，電路各點狀態(tài)保持不變，處于第二暫穩(wěn)態(tài)。第二暫穩(wěn)態(tài)波形圖 同理，這個暫穩(wěn)態(tài)一直持續(xù)至vI3=VT時結(jié)束。第二暫穩(wěn)態(tài)時間T2的長短仍由RC和G1、 G2的輸出電阻決定。T2繼續(xù)本頁完C 電路翻轉(zhuǎn)后，G2對C反向充電.1

11、001.4VvO (vI1)vO2vI3vO1 (vI2 ) 翻轉(zhuǎn)后，電容電流的方向發(fā)生了改變。 C上原電荷逐漸減少至0，然后電容電荷極性相反增加。 第二暫穩(wěn)態(tài)vO1 RvI3RSCvI2vO2vO(vO3)vI1G1G2G311101 第二次翻轉(zhuǎn)波形圖。第二暫態(tài)多諧振蕩器tttt 二、頻率可調(diào)的環(huán)形振蕩器 電路形式 工作過程及波形分析第一暫穩(wěn)態(tài) 第一次翻轉(zhuǎn)00 第二次翻轉(zhuǎn)- +T111- +T2G3翻轉(zhuǎn) 當(dāng)vI3升至VT瞬間.繼續(xù)本頁完C100VT1000 此時電流的方向再次相反。1.4VvO (vI1)vO2vI3vO1 (vI2 ) C兩端電壓不能突變，所以vI3的電勢比vO1還高。 第

12、二暫穩(wěn)態(tài)vO1 RvI3RSCvI2vO2vO(vO3)vI1G1G2G3111進入第二周期多諧振蕩器tttt 二、頻率可調(diào)的環(huán)形振蕩器 電路形式 工作過程及波形分析第一暫穩(wěn)態(tài) 第一次翻轉(zhuǎn) 第二次翻轉(zhuǎn)- +T1- +T2 電路進入第二個周期的循環(huán)。繼續(xù)本頁完C110001.4VvO (vI1)vO2vI3vO1 (vI2 ) 此時電流的方向再次相反。 第二暫穩(wěn)態(tài)3.振蕩周期的計算多諧振蕩器tttt 二、頻率可調(diào)的環(huán)形振蕩器 電路形式 工作過程及波形分析第一暫穩(wěn)態(tài) 第一次翻轉(zhuǎn) 第二次翻轉(zhuǎn)T1T2 振蕩周期的計算T1=1.1C(R+Ro)T2=0.9C(R+Ro)T=T1+T2=2C(R+Ro)

13、電路進入第二個周期的循環(huán)。繼續(xù)本頁完vO1 RvI3RSCvI2vO2vO(vO3)vI1G1G2G3111- +- +C110001.4VvO (vI1)vO2vI3vO1 (vI2 ) 此時電流的方向再次相反。 第二暫穩(wěn)態(tài)過度多諧振蕩器tttt 二、頻率可調(diào)的環(huán)形振蕩器 電路形式 工作過程及波形分析第一暫穩(wěn)態(tài) 第一次翻轉(zhuǎn) 第二次翻轉(zhuǎn)T1T2 振蕩周期的計算T=T1+T2=2C(R+Ro) 電路進入第二個周期的循環(huán)。繼續(xù)vO1 RvI3RSCvI2vO2vO(vO3)vI1G1G2G3111- +- +C110001.4VvO (vI1)vO2vI3vO1 (vI2 ) 此時電流的方向再次相

14、反。 第二暫穩(wěn)態(tài)振蕩周期的計算式多諧振蕩器tttt 二、頻率可調(diào)的環(huán)形振蕩器 電路形式 工作過程及波形分析第一暫穩(wěn)態(tài) 第一次翻轉(zhuǎn) 第二次翻轉(zhuǎn)T1T2 振蕩周期的計算T=T1+T2=2C(R+Ro) 電路進入第二個周期的循環(huán)。繼續(xù)本頁完 一般可用以下關(guān)系式估算振蕩周期T2.2RCvO1 RvI3RSCvI2vO2vO(vO3)vI1G1G2G3111- +- +C110001.4VvO (vI1)vO2vI3vO1 (vI2 ) 此時電流的方向再次相反。 第二暫穩(wěn)態(tài)本內(nèi)容結(jié)束頁多諧振蕩器tttt 二、頻率可調(diào)的環(huán)形振蕩器 電路形式 工作過程及波形分析第一暫穩(wěn)態(tài) 第一次翻轉(zhuǎn) 第二次翻轉(zhuǎn)T1T2 振

15、蕩周期的計算 電路進入第二個周期的循環(huán)。繼續(xù)本頁完 一般可用以下關(guān)系式估算振蕩周期vO1 RvI3RSCvI2vO2vO(vO3)vI1G1G2G3111- +- +C110001.4V 本內(nèi)容學(xué)習(xí)完畢，單擊返回，返回主頁，單擊總結(jié)，至本內(nèi)容學(xué)習(xí)總結(jié)，單擊資料，可至不同RC的頻率組合表格，單擊繼續(xù)，繼續(xù)學(xué)習(xí)。返回總結(jié)資料繼續(xù)vO (vI1)vO2vI3vO1 (vI2 ) 此時電流的方向再次相反。T=T1+T2=2C(R+Ro)T2.2RC 第二暫穩(wěn)態(tài)三、石英晶體振蕩器多諧振蕩器三、石英晶體振蕩器 利用石英晶體的諧振頻率高穩(wěn)定度做成的振蕩器，振蕩器的振蕩頻率由晶體的串聯(lián)諧振頻率決定。 圖中的石

16、英晶體代替反饋電容C與G1、G2構(gòu)成正反饋，接通電路時產(chǎn)生的各種頻率的正弦波中，只有與晶體串聯(lián)諧振頻率fs相同的晶體才呈低阻抗，正反饋通路才能連通，晶體對其他的振蕩頻率呈高阻抗。所以本電路能產(chǎn)生與晶體串聯(lián)諧振頻率相近的振蕩頻率。 串聯(lián)諧振頻率fs ，此時晶體對這個頻率的阻抗最小，亦即衰減最小。X0f fs fp 石英晶體阻抗頻率特性f1 f2 fs fnf1 f2 fs fn 接通電路瞬間，電路產(chǎn)生若干頻率的正弦波。 若干頻率的正弦波經(jīng)晶體后，晶體只讓fs通過，其它頻率的正弦波被衰減。 fs 此頻率經(jīng)兩級與非門可構(gòu)成正反饋，形成振蕩。繼續(xù)本頁完R晶體RC1C2vOG1G211 利用石英晶體的諧

17、振頻率高穩(wěn)定度做成的振蕩器，振蕩器的振蕩頻率由晶體的串聯(lián)諧振頻率決定。 圖中的石英晶體代替反饋電容C與G1、G2構(gòu)成正反饋，接通電路時產(chǎn)生的各種頻率的正弦波中，只有與晶體串聯(lián)諧振頻率fs相同的晶體才呈低阻抗，正反饋通路才能連通，晶體對其他的振蕩頻率呈高阻抗。所以本電路能產(chǎn)生與晶體串聯(lián)諧振頻率相近的振蕩頻率。R晶體RC1C2vOG1G2三、石英晶體振蕩器多諧振蕩器三、石英晶體振蕩器 兩個R的作用是保證兩個反相器工作在線性放大區(qū)。X0f fs fp 石英晶體阻抗頻率特性0.511.52Vi (V )3.50.61.32.4ABCD1.43210Vo (V)0.3V反相門傳輸特性曲線反相器的線性放大

18、區(qū)。繼續(xù)本頁完11三、石英晶體振蕩器多諧振蕩器三、石英晶體振蕩器X0f fs fp 石英晶體阻抗頻率特性繼續(xù)本頁完R晶體RC1C2vOG1G211 利用石英晶體的諧振頻率高穩(wěn)定度做成的振蕩器，振蕩器的振蕩頻率由晶體的串聯(lián)諧振頻率決定。 圖中的石英晶體代替反饋電容C與G1、G2構(gòu)成正反饋，接通電路時產(chǎn)生的各種頻率的正弦波中，只有與晶體串聯(lián)諧振頻率fs相同的晶體才呈低阻抗，正反饋通路才能連通，晶體對其他的振蕩頻率呈高阻抗。所以本電路能產(chǎn)生與晶體串聯(lián)諧振頻率相近的振蕩頻率。C1用于級間耦合C2抑制諧波(濾波)R晶體RC1C2vOG1G2vOG31三、石英晶體振蕩器多諧振蕩器三、石英晶體振蕩器X0f

19、fs fp 石英晶體阻抗頻率特性C2 但由于晶體是對正弦波產(chǎn)生正反饋，所以振蕩波形不太理想，必須接上G3對波形進行整形，達到改善波形的效果。 石英晶體振蕩器學(xué)習(xí)完畢，單擊返回，返回本節(jié)主頁，單擊結(jié)束，結(jié)束學(xué)習(xí)。返回結(jié)束繼續(xù)本頁完11 利用石英晶體的諧振頻率高穩(wěn)定度做成的振蕩器，振蕩器的振蕩頻率由晶體的串聯(lián)諧振頻率決定。參考資料參考資料 使用說明：要學(xué)習(xí)哪部分內(nèi)容，只需把鼠標(biāo)移到相應(yīng)的目錄上單擊鼠標(biāo)左鍵即可，按空格鍵或鼠標(biāo)左鍵將按目錄順序?qū)W習(xí)。頻率可大范圍調(diào)節(jié)的環(huán)形振蕩器振蕩頻率參考表返回鏈入點返回主頁1.頻率調(diào)節(jié)范圍大的環(huán)形振蕩器vI2 RACG1G2G3vI1VCCG430010kvO1vO2vO擴大振蕩頻率范圍的振蕩電路多諧振蕩器1.頻率調(diào)節(jié)范圍大的環(huán)形振蕩器 一般環(huán)形振蕩電路由于R不能太大，只能小于1k，所以限制了振蕩器的振蕩頻率的范圍。繼續(xù)本頁完1111vO2 RARSCvI2vO2vO(vO3)vI1G1G2G3111vI2 RACG1G2G3vI1VCCG430010kvO1vO2vO1.頻率調(diào)節(jié)范圍大的環(huán)形振蕩器多諧振蕩器2.工作過程分析 三極管接成射隨器，起到隔離G2與G3