多谐振荡
多谐振荡器
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构成
运放构成 图1 在脉冲技术中,经常需要一个脉冲源,以满足数码的运算、信息的传递和系统的测试等用途的需要。多谐振荡 器就是脉冲源中比较常见的一种。它的输出波形近似于方波,所以也称之为方波发生器。由于方波是由许许多多不 同频率的正弦波所组成,因此取得了“多谐”的称呼。 一般来讲,象三角波、斜波、锯齿波和方波等非线性波型发生器,是由下述三部分构成:积分器(又称之为定时 电路),比较器和逻辑电路。如图1的方框图所示。这三部分的作用可以仅由一个或两个集成运算放大器来完成。 这个电路的特点是: 1、适于在音频范围内,对于在某个固定 频率下应用, 2、改变R:可以调整频率, 3、频率的稳定性主要取决于电容C和齐纳二极管的稳定性,所以即使是采用便宜的元器件也能得到频率漂移 相
类型
非稳态多谐振荡器 图3非稳态多谐振荡器电路图3说明了典型非稳态多谐振荡器电路的组态。 基本操作模式此电路运作在以下两种状态： 状态一 Q1导通，Q1的集电极电压为接近0V，C1由流经R2及Q1_CE的电流放电，由于电容C1提供反电压，使得Q2截止， C2经由R4及Q1_BE充电，输出电压为高（但因C2经由R4充电的缘故，较电源电压稍低）。 此状态一直持续到C1放电完成。由于R2提供基极偏置使得Q2导通：此电路进入状态二 状态二 Q2导通，Q2的集电极电压（即是输出电压）由高电位变为接近0V，由于电容C2提供反电压，使Q1瞬间截止， Q1截止，使得Q1集电极电压上升到高电位，C1经由R1及Q2_BE充电，C2流经R3以及Q2_CE的电流放电，由于电容 C2提供反电压，使得Q1截止。 此状态一直持续到直到C2放电完毕，由于R3对Q1基极提供偏置电压，Q1导通：此电路进入状态一。
电路中的多谐振荡器
电路中的多谐振荡器在电子学领域中，振荡器（Oscillator）是一种能够产生连续振荡信号的电路装置。
它是许多电子设备的核心组成部分，例如无线电收发器、时钟电路和音频发生器等。
在振荡器中，多谐振荡器（Multivibrator）是一种特殊类型的振荡器，它能够产生多个频率不同的输出信号。
多谐振荡器由至少两个元件组成，其中最常见的是双稳态（Bistable）振荡器。
双稳态振荡器由两个互补输出的非线性元件组成，例如晶体管、集成电路或其他电子组件。
这两个互补输出在一个固定的时间间隔内交替地切换，从而产生不同频率的振荡信号。
多谐振荡器有许多不同的类型和应用。
其中最常见的类型是双稳态振荡器的两种形式：正弦振荡器（Sine Wave Oscillator）和方波振荡器（Square Wave Oscillator）。
正弦振荡器是一种产生正弦波输出的多谐振荡器。
它常用于无线电收发器中的本地振荡器，以及音频发生器中产生音频信号。
常见的正弦振荡器包括皮尔逊振荡器（Pearson Oscillator）和科尔普接口（Colpitts Oscillator）。
方波振荡器是一种产生方波输出的多谐振荡器。
方波是一种矩形波形信号，其周期相对较短，而高电平和低电平的持续时间相等。
方波振荡器广泛应用于数字电路、时钟电路和计算机系统中。
最常见的方波振荡器包括皮尔逊振荡器和斯宾格勒（Schmitt）触发器。
无论是正弦振荡器还是方波振荡器，其核心原理都是通过正反馈（Positive Feedback）来实现自激振荡。
正反馈使得一部分输出信号经过放大后再次输入到电路中，从而维持振荡信号的频率和振幅。
同时，振荡器中的谐振电路（Resonant Circuit）也对振荡信号的频率起到重要作用。
谐振电路通常由电感和电容器组成，通过调节电感和电容器的数值可以改变振荡器的频率。
一些多谐振荡器还采用了复杂的电路拓扑结构，如双滤波器振荡器（Twin-T Oscillator）和莫斯特（Moog）滤波器等。
总结单稳态电路,多谐振荡器及施密特触发器的功能和各自的特点
总结单稳态电路,多谐振荡器及施密特触发器的功能和各自的
特点
1. 单稳态电路
功能：单稳态电路常用于产生固定时长的脉冲电信号，可广泛应用于定时、计数、测量等领域。
特点：单稳态电路一般由一个RC电路和一个触发器构成，工
作原理是在一定条件下，输入信号变化时，电路产生一个输出电平迅速上升或下降，保持一段时间后自动恢复原状态。
其特点是操作简单、时序控制准确、设计灵活。
2. 多谐振荡器
功能：多谐振荡器是一种可产生多种频率的电路，可用于产生多个频率的信号，广泛用于电子音乐合成、声光效果等领域。
特点：多谐振荡器由一个或多个谐振回路、放大器和反馈电路组成。
它的特点是可以产生多种频率的正弦波、方波、三角波等信号，并且可以在调节参数的情况下改变频率、幅度和波形。
3. 施密特触发器
功能：施密特触发器是一种用于信号整形、判别与转换的电路，可广泛应用于计算机和通讯等领域。
特点：施密特触发器是基于正反馈电路的，通过自身正反馈的作用，使得输入信号在电路的输出端被整形。
其特点是能够使得输入信号稳定地转换为数字信号，且通过调节电路参数，可实现滤波、判别、增益控制等功能。
多谐振荡器实习报告
一、实习背景多谐振荡器是一种能够产生连续周期性信号的基本电路，广泛应用于通信、测量、控制和信号产生等领域。
为了更好地了解多谐振荡器的工作原理和实际应用，我们进行了为期一周的多谐振荡器实习。
二、实习目的1. 掌握多谐振荡器的基本工作原理和电路组成；2. 熟悉多谐振荡器的调试方法和性能指标；3. 提高实际操作能力，培养动手实践能力。
三、实习内容1. 多谐振荡器的基本原理多谐振荡器主要由放大器、正反馈电路、选频网络和稳压电路等组成。
其工作原理是：放大器将输入信号放大，正反馈电路将放大后的信号部分反馈到输入端，选频网络对反馈信号进行滤波，使输出信号频率稳定。
稳压电路则用于保证电路的稳定工作。
2. 多谐振荡器的电路组成以常用的RC振荡器为例，其电路组成如下：（1）放大器：采用运算放大器作为放大器，具有低噪声、高增益等特点。
（2）正反馈电路：由电阻R1、电容C1和运算放大器的同相输入端组成。
（3）选频网络：由电阻R2、电容C2和运算放大器的反相输入端组成。
（4）稳压电路：采用稳压二极管D1实现稳压。
3. 多谐振荡器的调试方法（1）调整R1、R2、C1、C2等元件的参数，使电路满足振荡条件。
（2）观察输出波形，调整R1、R2、C1、C2等元件的参数，使输出波形稳定。
（3）测试输出信号的频率和幅度，调整电路参数，使输出信号满足设计要求。
4. 多谐振荡器的性能指标（1）频率稳定性：指在一定温度、电源电压和负载条件下，输出信号频率的变化范围。
（2）幅度稳定性：指在一定温度、电源电压和负载条件下，输出信号幅度的变化范围。
（3）相位噪声：指在一定频率范围内，输出信号相位的变化程度。
四、实习总结通过本次多谐振荡器实习，我们掌握了多谐振荡器的基本工作原理、电路组成和调试方法。
在实际操作过程中，我们学会了如何调整电路参数，使输出信号满足设计要求。
同时，我们还了解了多谐振荡器的性能指标，为今后的学习和工作打下了坚实的基础。
在实习过程中，我们遇到了一些问题，如电路不稳定、输出波形失真等。
多谐振荡器实习报告
通过本次多谐振荡器实习，了解多谐振荡器的基本原理、电路组成、工作原理及性能特点，掌握多谐振荡器的调试方法，培养实际操作能力，提高对电路设计的理解。
二、实习内容1. 多谐振荡器的基本原理多谐振荡器是一种产生周期性方波信号的电路，其输出信号具有固定的频率和幅度。
多谐振荡器主要由放大器、比较器、延时电路和反馈电路组成。
2. 多谐振荡器的电路组成（1）放大器：放大器采用双极型晶体管或场效应晶体管，负责将输入信号放大。
（2）比较器：比较器将放大后的信号与参考电压进行比较，产生高电平或低电平输出。
（3）延时电路：延时电路用于产生时间间隔，使比较器输出信号的相位差为180度。
（4）反馈电路：反馈电路将比较器输出信号的一部分反馈到放大器输入端，以保证电路的稳定工作。
3. 多谐振荡器的工作原理（1）放大器放大输入信号，输出信号经过比较器与参考电压比较。
（2）比较器输出高电平或低电平信号，分别经过延时电路和反馈电路。
（3）延时电路产生的延时信号与比较器输出信号相差180度，使电路产生稳定的方波信号。
4. 多谐振荡器的调试方法（1）调整放大器电路参数，使放大器输出信号幅度适中。
（2）调整比较器电路参数，使比较器输出信号幅度稳定。
（3）调整延时电路参数，使延时时间符合要求。
（4）调整反馈电路参数，使电路产生稳定的方波信号。
1. 理论学习在学习过程中，了解多谐振荡器的基本原理、电路组成、工作原理及性能特点，掌握多谐振荡器的调试方法。
2. 电路搭建根据所学知识，搭建多谐振荡器电路，包括放大器、比较器、延时电路和反馈电路。
3. 调试电路根据调试方法，调整电路参数，使电路产生稳定的方波信号。
4. 测试与验证使用示波器观察输出信号，测试电路的频率、幅度和占空比等参数，验证电路是否满足设计要求。
四、实习结果通过本次实习，成功搭建并调试了一个多谐振荡器电路，实现了稳定的方波信号输出。
电路的频率、幅度和占空比等参数均满足设计要求。
五、实习总结1. 通过本次实习，掌握了多谐振荡器的基本原理、电路组成、工作原理及性能特点。
多谐振荡器频率单位
多谐振荡器频率单位多谐振荡器是一种能够产生多个频率的振荡器。
它可以通过改变电容或电感的值来改变输出信号的频率。
多谐振荡器的频率单位可以是赫兹（Hz）或千赫兹（kHz）。
多谐振荡器的频率是由其电路元件的参数决定的。
常见的多谐振荡器电路包括RC多谐振荡器、LC多谐振荡器和LCR多谐振荡器。
我们来看一下RC多谐振荡器。
RC多谐振荡器是由一个电容和一个电阻组成的电路。
当电容和电阻的值适当时，RC多谐振荡器可以产生稳定的振荡信号。
其频率可以通过改变电容或电阻的值来调节。
例如，当电容值较大时，频率较低；当电容值较小时，频率较高。
接下来，我们来介绍LC多谐振荡器。
LC多谐振荡器是由一个电感和一个电容组成的电路。
当电感和电容的值适当时，LC多谐振荡器可以产生稳定的振荡信号。
其频率可以通过改变电感或电容的值来调节。
例如，当电感值较大时，频率较低；当电感值较小时，频率较高。
我们来介绍LCR多谐振荡器。
LCR多谐振荡器是由一个电感、一个电容和一个电阻组成的电路。
当电感、电容和电阻的值适当时，LCR 多谐振荡器可以产生稳定的振荡信号。
其频率可以通过改变电感、电容或电阻的值来调节。
例如，当电感和电容的值较大，电阻的值较小时，频率较低；当电感和电容的值较小时，电阻的值较大时，频率较高。
除了改变电容、电感和电阻的值，多谐振荡器的频率还可以通过改变输入信号的幅值来调节。
当输入信号的幅值较大时，频率较高；当输入信号的幅值较小时，频率较低。
多谐振荡器在电子电路中有着广泛的应用。
例如，它可以用于产生音频信号、射频信号和微波信号等。
在无线通信系统中，多谐振荡器常用于产生载波信号。
在音频设备中，多谐振荡器常用于产生音频信号。
多谐振荡器是一种能够产生多个频率的振荡器。
它的频率可以通过改变电容、电感和电阻的值，以及输入信号的幅值来调节。
多谐振荡器在电子电路中有着广泛的应用，是现代电子技术中不可或缺的一部分。
第6章 多谐振荡器讲解
6.4.5 石英晶体多谐振荡器 常用晶振: 32768Hz=215Hz 4.194304MHz=223Hz
各种固有振荡频率fo的石英晶体已做成成品，可根 据所购晶体的fo选择电路的外接RF 和C，
fo一般都很高，应利用分频器将fo分频为所需频率。
6.4.5 压控振荡器
压控振荡器（Voltage Controlled Oscillator ， 简称VCO ） 是一种频率可控的振荡器，它的振荡频率随输 入控制电压的变化而改变。
vO
I= 0V电容充电 NhomakorabeavI
vI
v O1
vO
vI
G1 D1 vI D2 TP vO1 TN R D3 充电 D4 TP
G2 VDD
t
TN
vO
VDD 0 t
C
2. 工作原理
vO1=vOL VDD+ΔV+
（2）进入第二暂稳态瞬间，vo=VDD, vI=VDD+VTH 电容放电
vI
vO
当 v I =VTH 时， 迅速使得vO1=VOH, vI=vO=VOL
图6.4.5
改进电路如图6.4.7(a)所示， 其中增加了RC积分环节， 加大了第二节的延迟时间
图6.4.7(a)
6.4.2 环形振荡器
但RC电路的充、放电的持 续时间很短，为了获取更 大的延迟，将C的接地端 改到G1的输出端，如图 6.4.7(b)所示
图6.4.7(a)
其中Rs为保护电阻
图6.4.7(b)
vI
G1 D1 TP
v O1
电路返回第一暂稳态
G2 VDD D3 TP 放电
vI VTH O vO VDD O
VDD＋V＋
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
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是需要外加触发信号才能发生振荡
无稳态多谐振荡器
晶 体 管 式
基本电路图
无稳态多谐振荡器原理说明(1)
当电源接上的瞬间
RB1、RC2与CB1形成晶体管Q1的顺向电压，
RB2、RC1与CB2形成晶体管Q2的顺向电压， 所以晶体管Q1、Q2皆会导通。
无稳态多谐振荡器的波形
CMOS闸组成 无稳态多谐振荡器(5-2)
CMOS闸组成 无稳态多谐振荡器的公式(6)
555IC组成 无稳态多谐振荡器
内 部 结 构 方 块 图
555IC组成 无稳态多谐振荡器
555IC式 无稳态
555IC组成 无稳态多谐振荡器的波形
555IC组成 无稳态多谐振荡器
对称方波输出
CMOS闸组成 无稳态多谐振荡器(4-1)
CMOS闸组成 无稳态多谐振荡器(4-Fra bibliotek)等效电路
CMOS闸组成 无稳态多谐振荡器(5-1)
CMOS闸组成 无稳态多谐振荡器(5)
•当VC=0V，且Z点电压为VDD，所以 由Z点向电容C充电，其路径如图所 示，电容电压VC因充电而逐渐上升， 使得电阻R上的电压VR逐渐下降，当 VR小于VT（≒1/2VDD）时，闸A的输出 又发生转态，故Y变为”H”，Z点变 为”L”，X点变为”L”。
T1=0.693*RB2*CB2
无稳态多谐振荡器原理说明(4-3)
无稳态多谐振荡器原理说明(4-4)
无稳态多谐振荡器原理说明(4-5)
无稳态多谐振荡器原理说明(5)
当晶体管Q2饱和时
由于晶体管Q2饱和，即VCE1=0V，所
以储存在电容器CB1的电压对于晶体 管 Q1而言 ，仍然形成逆向偏压， 所以晶体管Q1会持续截止，即 VCE1=VCC。
史密特触发闸组成 无稳态多谐振荡器的波形
史密特触发闸组成 无稳态多谐振荡器的公式
对CMOS逻辑而言，其VOH=VDD，VOL=VSS
CMOS闸组成 无稳态多谐振荡器
数位IC式的 无稳态(2)
CMOS闸组成 无稳态多谐振荡器波形
CMOS闸组成 无稳态多谐振荡器(1)
刚接上电源VDD时，假设X点为”L”，Y点
无稳态多谐振荡器原理说明(4-1)
•而电容器CB2上的电压会经过 •晶体管Q1、电源VCC与RB2向CB2做逆向充电， •此时 VB2↑→IB2↑→IC2↑→VC2↓→VB1↓→IB1↓→ IC1↓→VC1↑→VB2↑， •如此循环下去，经过T1秒之后
无稳态多谐振荡器原理说明(4-2)
•电容器CB2上的电压将形晶体管成Q2的 顺向偏压 •终会让晶体管Q1截止， 晶体管Q2饱和
Q2截止 如此持续下去，产生振荡
无稳态多谐振荡器 周期公式
T=T1+T2=0.693*(RB2CB2+ RB1 CB1 )
≒1.4RBCB (设RB1=RB2=RB，CB1=CB2=CB)
输出频率F=1/T=1/1.4RBCB
OPA组成无稳态多谐振荡器
OPA的 无稳态
OPA组成无稳态多谐振荡器(1)
OPA与R1、R2 组成史密特触发器
（R1与R2形成正回授网络）
负回授网络则由R、C分压所组成
OPA组成无稳态多谐振荡器(2)
刚接上电源时，电容器C未充
电，所以OPA之反相输入端电 压V-=VC=0V，故输出电压VO为 正饱和电压；此时输出电压经R 开始C充电。
OPA组成无稳态多谐振荡器(3)
当电容电压VC大于OPA非反相输入端之电 压（V+）
V+=VU=VO+（sat）*R2/R1+R2（上限触发电压） 时， VO即迅速转变为负饱和电压，而此时之V+ 变为 V+=VL=VO-（sat）*R2/R1+R2（下限触发电压）
OPA组成无稳态多谐振荡器(4)
•由于VO为负饱和电压，所以电容器 开始经由R向OPA之输出端放电
无稳态多谐振荡器原理说明(3-1)
当电源接上时(1)
无稳态多谐振荡器原理说明(3-2)
当电源接上时(2)
无稳态多谐振荡器原理说明(4)
当晶体管Q1饱和时
由于晶体管Q1饱和，即VCE1=0.2V，
所以储存在电容器CB2的电压对于晶 体管 Q2而言 ，仍然形成逆向偏压， 所以晶体管Q2会持续截止，即 VCE2=VCC。
为”H”，Z点为”L”。
CMOS闸组成 无稳态多谐振荡器(2)
由于Y点电压为VDD，所以由Y点经电阻R
向电容C充电，其路径如图
CMOS闸组成 无稳态多谐振荡器(3-1)
等效电路
CMOS闸组成 无稳态多谐振荡器(4)
•当电容电压VC大于CMOS逻辑闸 的临限触发电压VT（≒1/2VDD） 时，闸A的输出发生转态，故Y点 变为”L”，Z点变成”H”，X点瞬 间亦变为”L”，此时电容C经电 阻R放电，直至0V，其路径如图 所示。
无稳态多谐振荡器原理说明(2)
当晶体管Q1、Q2皆导通时，基极电
流会向CB1、CB2充电。 假设β1是晶体管Q1的电流增益， β2是晶体管Q1的电流增益， 且β1＞β2
无稳态多谐振荡器原理说明(3)
此时IC1＞IC2→VC1＜VC2→VB1＞VB2→IB1＞
IB2→IC1＞IC2 如此循环下去，终会让晶体管Q1饱和， VCE1≒0V、电晶体Q2截止VCE1≒VCC
（亦可称为逆向充电）； •当电容电压VC较V+(=VL)为低（负） 的电压时，VO即又迅速转变为正饱和 电压。 •如此周而复始。
OPA组成无稳态多谐振荡器的波形
OPA组成无稳态多谐振荡器的公式
史密特触发闸组成 无稳态多谐振荡器
数位IC 式的无 稳态(1)
史密特触发闸组成 无稳态多谐振荡器(1)
1. 当刚接上电源时，由于电容器C没有充
电，所以VC=0V，故VO=VOH。 2. 输出电压（VOH）经R向C充电，电容电 压VC逐渐上升，当VC＞VU， 输出转态为VOL
史密特触发闸组成 无稳态多谐振荡器(2)
3.由于VC＞VOL，所以电容器开始经R向输出 端放电，直到VC＜VL， .输出又转态为VOH。 4.如此(2), (3)向循环,周而复始.
T2=0.693*RB1*CB1
无稳态多谐振荡器原理说明(5-3)
无稳态多谐振荡器原理说明(5-4)
无稳态多谐振荡器原理说明(5-5)
无稳态多谐振荡器 结论(1)
当电源接上时的瞬间使晶体管Q1饱和，
Q2截止 经过T1秒之后，使晶体管Q1截止， Q2饱和
无稳态多谐振荡器 结论(2)
再经过T2秒之后，又使晶体管Q1饱和
多谐振荡器的结构
无稳态多谐振荡器(astable multivibrator)
单稳态多谐振荡器(monostable multivibrator) 双稳态多谐振荡器(bistable multivibrator)
无稳态多谐振荡器
这是重 点部分
无稳态多谐振荡器是不需要外加触
发信号就能发生振荡，属于自激式 多谐振荡器。
无稳态多谐振荡器原理说明(5-1)
•而电容器CB1上的电压会经过 •晶体管Q2、电源VCC与RB1向CB1做逆向充电， •此时 VB1↑→IB1↑→IC1↑→VC1↓→VB2↓→IB2↓→ IC2↓→VC2↑→VB1↑， •如此循环下去，经过T2秒之后
无稳态多谐振荡器原理说明(5-2)
电容器CB1上的电压将形晶体管成Q1的顺向 偏压 •终会让晶体管Q2截止， 晶体管Q1饱和