对称式多谐振荡器

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。

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。

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用4011产生脉冲一、原理用门电路组成的多谐振荡器(包括由反相器、与非门和或非门)在各种电子电路中几乎都能见到，它们最主要的用途是用来作时钟脉冲发生器，用来驱动计数器或脉冲分配器，使电路的各组成部分能够按照所设定的工作程序有条不紊地工作。

用与非门和或非门组成的多谐振荡器如图所示。

图是对称式多谢振荡器的典型电路，它是由两个与非门、两个电阻与一个电容构成的。

为了产生自激振荡，电路不能有稳定状态，也就是说，在静态下（电路没有振荡时）它的状态必须是不稳定的，由反相器的电压传输特性，如果设法使U1、U2在电压传输特性的转折区或线性区，，则它们将工作在放大状态，即电压放大倍数Au>1,这时只要U1或U2有极小的变化，就会被正向反馈回路放大放大从而引起振荡。

相器静态时工作在放大状态，必须给它们设置适当的偏置电压，它的数值应介于高低电平之间。

这个电平可以通过在反相器的输入端与输出端之间接入接入反馈电阻得到。

电路接通电源后，假设由于某种原因（例如电源波动或外界干扰）使V11有微小的正跳变，则必然会引起如下的正反馈过程：V11升高使V01下降，从而使V12下降，使V02升高，V02又反馈到V11，使V11升高。

使V01迅速跳变为低电平、V02迅速跳变为高电平，电路进入第一个暂稳态，同时电容C1开始充电而C2开始放电。

由于C1同时由R1和R2充电，电压迅速上升到B与非门的阀值电压，引起下面的正反馈：V12上升使得V02下降，从而使得V11下降，使V01上升，V01上升又反馈回V12，使V12上升。

从而使V02迅速跳变为低电平，而V01跳变为高电平，电路进入第二个暂稳态，同时C2开始充电而C1开始放电，与上述C1充电而C2放电是对称的，当V11上升到阀值电压又将迅速返回第一个暂稳态。

因此，电路不断在第一稳态和第二稳态之间往复振荡，在输出端产生矩形脉冲。

二、电路图。

多谐振荡器-非门一、原理与非门作为一个开关倒相器件，可用以构成各种脉冲波形的产生电路。

电路的基本工作原理是利用电容器的充放电，当输入电压达到与非门的阈值电压VT时，门的输出状态即发生变化。

因此，电路输出的脉冲波形参数直接取决于电路中阻容元件的数值。

1、非对称型多谐振荡器如图12－1所示，非门3用于输出波形整形。

非对称型多谐振荡器的输出波形是不对称的，当用TTL与非门组成时，输出脉冲宽度tw1═RC tw2═1.2RC T═2.2RC调节 R和C值，可改变输出信号的振荡频率，通常用改变C实现输出频率的粗调，改变电位器R实现输出频率的细调。

2、对称型多谐振荡器如图12－2所示，由于电路完全对称，电容器的充放电时间常数相同, 故输出为对称的方波。

改变R和C的值，可以改变输出振荡频率。

非门3用于输出波形整形。

一般取R≤1KΩΩ,当R＝1KΩ，C＝100pf～100µf时，f＝nHz～nMHz，脉冲宽度tw1＝tw2＝0.7RC，T＝1.4RC3、带RC电路的环形振荡器电路如图12－3所示，非门4用于输出波形整形，R为限流电阻，一般取100Ω，电位器Rw 要求≤1KΩ，电路利用电容C的充放电过程，控制D点电压VD,从而控制与非门的自动启闭，形成多谐振荡，电容C的充电时间tw1、放电时间tw2和总的振荡周期T分别为tw1≈0.94RC，tw2≈1.26RC，T ≈2.2RC调节R和C的大小可改变电路输出的振荡频率。

以上这些电路的状态转换都发生在与非门输入电平达到门的阈值电平VT的时刻。

在VT附近电容器的充放电速度已经缓慢，而且VT本身也不够稳定，易受温度、电源电压变化等因素以及干扰的影响。

因此，电路输出频率的稳定性较差。

4、石英晶体稳频的多谐振荡器当要求多谐振荡器的工作频率稳定性很高时，上述几种多谐振荡器的精度已不能满足要求。

为此常用石英晶体作为信号频率的基准。

用石英晶体与门电路构成的多谐振荡器常用来为微型计算机等提供时钟信号。

5．3．1用门电路组成的多谐振荡器1、电路结构多谐振荡器由门电路和阻容元件构成，它没有稳定状态，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。

如要求输出振荡频率很稳定的矩形脉冲时，则可采用石英晶体振荡器。

由于矩形脉冲含有丰富的谐波分量，因此，常将矩形脉冲产生电路称作多谐振荡器。

多谐振荡器的电路结构和电路符号。

图中耦工作在电压传输特性的转折区，这时，两个反相器都工作的外部电路对称，2、工作原理设u O1为低电平0、u O２为高电平1时，称为第一暂稳态；u O1为高电平1、u O２为低电平0时，称为第二暂稳态。

设接通电源后，由于某种原因使u I1产生了很小的正跃变，经G1放大后，输出u O1产生负跃变，经C1耦合使u I２随之下降，G２输出u O２产生较大的正跃变，通过C２耦合，使u I1进一步增大，于是电路产生正反馈过程。

正反馈使电路迅速翻到G1开通、G ２关闭的状态。

输出u O1负跃到低电平U OL，u O２（uO）正跃到高电平U OH，电路进入第一暂稳态。

G2输出u O２的高电平经C2、R F1、G1的输出电阻对电容C2进行反向充电，使u I1下降。

同时，u O2的高电平又经R F2、C1、C1的输出电阻对C1充电，u I2随之上升，当u I2上升到G2的阈值电平U TH 时，电路又产生另一个正反馈过程。

正反馈的结果使G2开通，输出u O 由高电平U OH跃到低电平U OL，通过电容C2的耦合，使u I1迅速下降到小于G1的阈值电压U TH，使G1关闭，它的输出由低电平U OL跃到了高电平U OH，电路进入第二暂稳态。

接着，G1输出的高电平u O1经C1、R F2和G2的输出电阻对C1进行反向充电，u I2随之下降，同时，G1输出u O1的高电平经R F1、C2和G2的输出电阻对C2进行充电，u I1随之升高。

当u I1上升到G1的U TH时，G1开通、G2关闭，电路又返回到第一暂稳态。