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圖1 RC耦合式振蕩器 |
圖1是另一種使用較多的方波發(fā)生器電路,由兩個(gè)“非”門(mén)組成,每一個(gè)“非”門(mén)輸出端與輸入端之間連有一個(gè)電阻
R=
R1=
R2,電阻阻值恰好使“非門(mén)”內(nèi)的晶體管工作在放大區(qū),一般取800Ω~2kΩ。這樣,兩個(gè)“非”門(mén)通過(guò)電容
C=
C1=
C2交叉耦合形成反饋環(huán)路,相當(dāng)于兩級(jí)放大器經(jīng)
RC耦合一樣,形成正反饋回路并產(chǎn)生振蕩,波形如圖2所示。
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圖2 RC耦合式振蕩器各點(diǎn)波形圖 |
如果因電源電壓波動(dòng)或其它原因使
v1有微小的正跳變,則由于“非”門(mén)工作在放大區(qū),且電路具有正反饋環(huán),迅速使G1飽和導(dǎo)通,
vO1輸出低電平。因?yàn)殡娙?I>
C1電壓不能越變使
vI2下跳,這個(gè)負(fù)跳變使門(mén)G2截止、
vO1輸出高電平,電路進(jìn)入第一個(gè)暫穩(wěn)態(tài):由于
vO1為低電平、
vO2為高電平,有電流經(jīng)
R2對(duì)
C1充電,并使
vI2電位隨之上升,當(dāng)上升到閾值電壓
VT時(shí),門(mén)G2飽和導(dǎo)通,
vO2輸出低電平。接著,同樣地,電容
C2電壓也不能越變,使
vI1出現(xiàn)下跳,這個(gè)負(fù)跳變使門(mén)G1截止、
vO1輸出高電平,電路進(jìn)入第二個(gè)暫穩(wěn)態(tài):同樣地由于
vO1為高電平、
vO2為電平低,有電流經(jīng)
R1對(duì)
C2充電,同時(shí)
C1經(jīng)
R2開(kāi)始放電,隨著充放電過(guò)程的進(jìn)行,
vI1電位隨之上升,當(dāng)上升到閾值電壓
VT時(shí),門(mén)G1再次翻轉(zhuǎn),電路進(jìn)入第一個(gè)暫態(tài)過(guò)程,如此反復(fù)。
輸出方波的周期由電容充、放電時(shí)間常數(shù)(
R1C1+
R2C2)決定。當(dāng)
R=
R1=
R2、
C=
C1=
C2時(shí),振蕩周期可如下近似計(jì)算:

,
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圖3 石英晶體振蕩器 |
前述的兩種多諧振蕩器有一個(gè)共同特點(diǎn):在門(mén)電路閾值電壓
VT確定時(shí),振蕩周期由阻容元 件
RC充放電和來(lái)決定。這表明振蕩周期易受環(huán)境溫度、元件性能、電源波動(dòng)等因素的影響,從而使振蕩頻率的穩(wěn)定性受到一定的限制。為此,常采用在多諧振蕩器中串接石英晶體,組成如圖3所示的石英晶體振蕩器。石英晶體可以等效成一個(gè)
RLC串聯(lián)諧振電路,其諧振頻率便是極其穩(wěn)定的晶體固有頻率
f0。石英晶體對(duì)該頻率的阻抗近似等于零,而良好的選頻特性使得晶體對(duì)離開(kāi)諧振頻率
f0的其它頻率具有較大的阻抗。如圖3所示,將晶體與
C2串接,這樣只有頻率為
f0的信號(hào)滿(mǎn)足正反饋條件,使之迅速起振。因此該電路的振蕩頻率由石英晶體本身的極其穩(wěn)定的固有頻率
f0所決定,與其他元件的參數(shù)無(wú)關(guān),使得輸出方波的頻率極其穩(wěn)定,在數(shù)字電路中得到廣泛應(yīng)用。