最新对称式多谐振荡器
数字电子技术基础第五版第九章-阎石、王红、清华大学
10.3.2 集成单稳态触发器 电路结构与工作原理 (74 121)
《数字电子技术基础》第五版 微分型单稳
控制附加电路
《数字电子技术基础》第五版
使用外接电阻
使用内接电阻
《数字电子技术基础》第五版
《数字电子技术基础》第五版
10.4 多谐振荡器（自激振荡, 不需要外加触发信号） 10.4.1 对称式多谐振荡器 一、工作原理（TTL） (1)静态（未振荡） 时应是不稳定的
通过调整R、C改f（R不能太大） RC常数远大于Tpd ,因此周期主要计算RC环节
《数字电子技术基础》第五版
10.4.4 用施密特触发器构成的多谐振荡器
T
T1
+ T2
RC
ln VDD VDD
-VT -VT +
+
RC ln VDD VDD
-VT + -VT -
T
T1
+ T2
R2C
ln
VDD VDD
充电至VI 2 VTH时,VI 2 又引起正反馈 VI 2 VO VO1
电路迅速返回稳态VO 0,VO1 VDD, C放电至没有电压，恢复稳态。
2.性能参数计算 输出脉冲宽度 输出脉冲幅度 恢复时间 分辨时间
《数字电子技术基础》第五版
《数字电子技术基础》第五版
tw
RC lnV() -V(0) V() -V(t)
TD
0 X X 0 导通
1
2 3 VCC
1 3VCC
0
导通
1
2 3
VCC
1 3 VCC
不变
不变
1
2 3
VCC
1 3
VCC
1
数字逻辑课件——多谐振荡器
Vth−VDD，同样在暂态Ⅱ结束时，
US(0+) = VDD +Vth。
图6-1-3 CMOS多谐振
荡器的改进电路
8
电源VDD或逻辑门输入值电平Vth变化时，K值变化对振荡周 期T的影响减小。
0.7( R1 R2 ) C1
0.7 R2 C1
振荡周期 T TPH TPL 0.7(R1 2R2 ) C1
振荡频率 f 1
T
12
6.1.3 石英晶体振荡器
前面介绍的多谐振荡器频率稳定性较差，当电源电压波
动，温度变化，RC参数变化时，频率变化较大，在计算
机等要求频率稳定性高的设备中，用这样的振荡器做主 振荡器是不合适的。 高稳定性的脉冲信号振荡器是石英晶体振荡器。 图6-1-5为一种典型的石英晶体振荡电路。
(1) 反馈电阻使两个逻辑门均工作在线性放大区。
对于TTL逻辑门，反馈电阻R
通常取0.7 ~ 2k ，而对于
CMOS逻辑门，则R通常取10 ~
100M。
图6-1-5 石英晶体振荡器
13
石英晶体的等效阻抗 Z1 R j(2 fL
Z Z1 1
2 fC
//( jXCn ) ) R jX
X
LC
Cn
图6-1-1 CMOS反相 器组成的多谐振荡器 1
反馈信号由储能元件电容耦合，在反相器A的输出状态翻 转时产生过渡过程，引起信号的传输延迟。
在过渡过程中，电容的充、放电使反相器B的输入电位US变
化，
当电位变化达到输入阈值电压Vth时，触发器自动触发，状 态再次翻转，产生新的过渡过程。
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＋
第10章 脉冲波形
uO的下降沿比uI的下降沿延迟了tw的时间。
数字电子技术
单稳态触发器小结
单稳态触发器可以由门电路构成，也可以由 555定时器构成。在单稳态触发器中，由一个暂稳 态过渡到稳态，其“触发”信号也是由电路内部 电容充（放）电提供的，暂稳态的持续时间即脉 冲宽度也由电路的阻容元件决定。
单稳态触发器不能自动地产生矩形脉冲，但 却可以把其它形状的信号变换成为矩形波，用途 很广。
对称式 多谐振荡器
数字电子技术
二、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 ：
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：
为数字—模拟混合集成电路。 可产生精确的时间延迟和振荡，内部有 3 个 5KΩ的电阻分压器，故称555。
在波形的产生与变换、测量与控制、家用电
器、电子玩具等许多领域中都得到了应用。
数字电子技术
各公司生产的 555 定时器的逻辑功能与外引线 排列都完全相同。
双极型产品 单555型号的最后几位数码 双555型号的最后几位数码 优点 电源电压工作范围 负载电流 555 556 驱动能力较大 5~16V 可达200mA CMOS产品 7555 7556 低功耗、高输入阻抗 3~18V 可达4mA
数字电子技术
10.4 多谐振荡器
1. 多谐振荡器没有稳定状态，只有两个暂稳态。 • 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。 • 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。
脉冲波形的产生和整形
第十章脉冲波形的产生和整形内容提要本章主要介绍矩形波的产生和整形电路。
在矩形波产生电路中介绍几种常用的多谐振荡器－对称式和非对称多谐振荡器、环形振荡器以及用施密特触发器和555定时器构成的多谐振荡器等。
此外对几种不同类型的压控振荡器也做了介绍。
在整形电路中，介绍了施密特触发器和单稳态触发器。
本章也讨论了最常用的555定时器及其所构成的施密特触发器、单稳态触发器及多谐振荡器的电路及工作原理。
本章内容10.4 多谐振荡器10.5 555定时器及其应用一、产生矩形脉冲的途径形如图10.1.1所示。
其中：图10.1.1脉冲周期T ：周期行重复的脉冲序列中，两个相邻脉冲之间的时间间隔。
有时也用频率f＝1/ T表示单位时间内脉冲重复的次数上升时间t r ：脉冲上升沿从0.1V m 上升到 0.9V m 所需要的时间图10.1.1W ：从脉冲前沿到达0.5V m 起，到脉冲后沿到达0.5V m 为止的一段时间。
下降时间t ：脉冲下降沿从图10.1.1占空比q ：脉冲宽度与脉冲周期的比值，即q ＝t w 注：在脉冲整型或产生电路用于数字系统时，有时对脉冲有些特殊要求，如脉冲周期和幅度的稳定性10.2 施密特触发器（Schmitt Trigger）换时对应的输入电平，与输入信号从高电平下降过程在电路状态转换时，通过电路内部的正反馈过程使输出电压波形的边沿变得很陡。
注：利用这两个特点不仅能将边沿变化缓慢地信号波形整形为边沿陡峭的矩形波，而且可以将叠加在矩形波脉冲高、低电平上的噪声有效地清除。
图10.2.111I v 1R 2R I v ′o v 1o v ov ′G 1G 2图6.2.1 用C M O S 反相器构成的施密特触发器（a ）电路I v v ′I v o v 设反相器G 1和G 2均为CMOS 门，其阈值电压为＝011≈+=v R R v A ①当v I ＝0时， v o1＝ V OH ， v o ＝ V OL ≈0，此时G 1门的输入电压为逐渐升高到使得v A＝时，反相器进入电压传输特性的放大区（转折区），故v A的增加，会引起下面的正反馈，即v1o v vA设施密特触发器在输入信号v I 正向增加时的门槛电T ＋，称为正向阈值电压，此时v o ＝0， G 1门的输入电压为++=T 212TH V V R R R v A ＝121T V V R R R R ++＝于也存在正反馈，即ov 使电路迅速跳变到v o ＝V OL ≈ 0此时施密特触发器在v I 下降时对应输出电压由高电平转为低电平时的输入电压为DD 211T 2120211I 212TH V V V R R R R R R v R R R v R R R v A ++++++=－＝＝TH21T V )1V R R −＝（－由于V TH ＝ V DD / 2，故只要v ITH21T T T V 2V V V R R =∆－＋－＝THT I V R R V V )(211+==+THT I V R R V V )(211−==−施密特触发器的电压传输特性为图10.2.2所示图10.2.2TH V DDV Iv ov V O L＋T V －T V TV ∆TH V DD V Iv Av 0＋T V －T V TV ∆(a ）同相输出（b ）反相输出V O HV O LV O H用门电路组成的施密特触发器TH DDV Iv ＋T －T TH V V Av 0＋T V －T V TV ∆(a ）同相输出（b ）反相输出图100..2.3由C M OS 反相器构成的施密特触发器的电压传输特性V O LV O H图10.2.3(a)是以v o 做为输出的， v o 和v I 同相位；而图10.2.3(b)是以v ′A 做为输出的，利用施密特触发器可以将边沿变化缓慢的周期性信号变换为边沿很陡的矩形脉冲DD V I v ＋（b ）反相输出反相器构成的施密特触发器的电压传输特性利用施密特触发器将一系列幅度不同的脉冲信号，其中幅度大于正向阈值电压的幅度鉴别出来。
5.2.4 多谐振荡器
（1）第一暂稳态T1的计算
τ =RC ， T1=t2-t1 ， υ I （ 0+ ） =- Δ V- ≈ 0V ， υ I （ ∞ ） =VDD ， 由RC电路的瞬态相应分析可得
T1 RC ln
V DD V DD 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， υI（∞）=0，由RC电路的瞬态相应分析可得
T1 V DD RC ln VTH
由以上分析可得，多谐振荡器的一个振荡周期为
T T1 T2 RC ln
V DD V DD VTH
V DD RC ln VTH
2 V DD RC ln V V V TH TH DD
T RC ln 4 1.4RC
为讨论问题方便，我们假设开门电压和关门电压相 等，也就是将门电路的电压传输特性曲线理想化，理 想化的开门电压和关门电压统称为门坎电压，或者称 之为阈值电压，用VTH表示，假定VTH=VDD/2。 下面我们一起分析一下多谐振荡器两个暂稳态及其 电路的自动翻转过程，其变化过程有两个阶段： （1）第一暂稳态和电路翻转过程 （2）第二暂稳态和电路翻转过程
（1）第一暂稳态和电路翻转过程
我们假定电源接通的时刻为 0时刻，开始接通时，电容C没有 充电，电路处于初始状态，即第一暂稳态，在第一暂稳态期间， υO1=VOH ， υI=υO2=VOL ，此时电源 VDD 经两个门电路及电阻 R 开 始对电容C进行充电，随着电容上电压的增加，υI的值不断的提 升，当υI提升达到VTH时，电路发生如下正反馈过程，
1
门电路组成的多谐振荡器
1）电路组成及工作原理
多谐振荡器原理
多谐振荡器原理多谐振荡器是一种能够产生多个谐波频率的电子设备。
它利用反馈回路和谐振电路的相互作用来产生稳定的振荡信号。
多谐振荡器在通信、无线电、音频等领域都有广泛的应用。
多谐振荡器的原理主要包括正反馈回路和谐振电路两个重要部分。
正反馈回路是指将输出信号的一部分再次输入到输入端，从而增强输入信号的效果。
谐振电路则是指能够使电路在特定频率下产生共振的电路。
在多谐振荡器中，正反馈回路起到了关键的作用。
它通过将一部分输出信号经过放大和相位变换后再次输入到输入端，使得输入信号得到增强。
这种正反馈的作用导致了电路的自激振荡现象，产生了稳定的振荡信号。
谐振电路则是用来确定多谐振荡器的振荡频率的。
谐振电路一般由电感和电容器组成，通过调节电感和电容值可以改变振荡器的频率。
当电路达到谐振状态时，电路中的振荡信号将得到放大，从而产生稳定的振荡输出。
多谐振荡器的工作原理可以用以下步骤来描述：1. 输入信号经过放大和相位变换后进入反馈回路；2. 反馈回路将一部分经过处理的信号再次输入到输入端；3. 输入信号经过反馈回路的放大和相位变换后与输入信号相叠加；4. 叠加后的信号再次进入反馈回路，循环反复，产生稳定的振荡信号。
多谐振荡器的频率稳定性非常高，能够产生多个谐波频率。
这得益于谐振电路的特性，它能够使电路在特定频率下产生共振。
通过调节电感和电容值，可以改变振荡器的频率，从而产生不同的谐波频率。
多谐振荡器在通信领域有着广泛的应用。
例如，在无线电通信中，多谐振荡器被用于产生载波信号，用于传输音频、视频等信息。
在音频领域，多谐振荡器可以产生不同频率的音调，用于音乐合成、声音效果等方面。
总结起来，多谐振荡器是一种能够产生多个谐波频率的电子设备，它利用正反馈回路和谐振电路的相互作用来产生稳定的振荡信号。
多谐振荡器在通信、无线电、音频等领域有着广泛的应用，具有频率稳定性高、谐波丰富等特点。
通过调节电感和电容值，可以改变振荡器的频率，产生不同的谐波频率。
多谐振荡器作用
多谐振荡器作用
多谐振荡器是一种电子电路，它能够产生多个频率的正弦信号，
因此也被称为多频振荡器。
多谐振荡器在电子电路中起着重要的作用，是许多电子设备的核心部件。
多谐振荡器的作用是将一个电源信号转化成多个频率的信号。
这
些信号可以根据需要进行选择和增强，以实现不同的功能。
例如，在
收音机中，多谐振荡器能够将电台的无线信号，转换为固定频率的中
频信号，经过放大和处理后，成为听到的声音。
多谐振荡器还被用于产生音乐声音和信号处理，例如在吉他音箱
和混响器中使用。
此外，在一些科学实验中，多频振荡器也有重要的
应用，例如在生物学中，它可以用来产生生物的电位信号，以进行研
究和分析。
多谐振荡器的设计对产品的性能和功耗有着重要的影响。
设计高
质量的多谐振荡器需要考虑许多因素，例如电路拓扑、元器件选型、
电源噪音等。
通过选择合适的电容、电感和放大器，可以优化多谐振
荡器的性能，减小功耗，提高稳定性和可靠性。
总之，多谐振荡器是一种非常重要的电子电路，用于产生多频信号，在许多电子设备中有着广泛的应用。
通过合理的设计和优化，能
够实现多种信号处理和分析的需求。