石英晶体稳频的多谐振荡器.docVIP

8.1 多谐振荡器 本次重点内容： 1、多谐振荡器的工作原理。 2、周期的计算方法。 教学过程 一、 多谐振荡器特点 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、电路组成 电路如图8.1 (a) 所示 , 定时元件除电容 C 之外 , 还有两个电阻 R1 和 R2 将高、低电平触发端 ( ⑥、②脚 ) 短接后连接到 C 与 R2 的连接处 , 将放电端 ( ⑦脚 ) 接到 R1与R2的连接处 图8.1 (a) 电路组成 (b) 工作波形 三、工作原理 接通电源瞬间 t =to 时 , 电容 C 来不及充电 ,uc 为低电平 , 此时 ,555 定时器内 R =0,S=1, 触发器置 1, 即 Q =1, 输出uo为高电平。同时由于=0, 放电管 V 截止 , 电容 C 开始充电 , 电路进 入暂稳态。 一般多谐振荡器的工作过程可分为以下四个阶段 ( 见图 (b)): (1) 暂稳态 I(O~tl): 电容 C 充电 , 充电回路为 VDD → R1 → R2 → C →地 , 充电时间常数为 为τ1=(R1+R2)C, 电容 C 上的电压 uc 随时间 t 按指数规律上升 , 此阶段内输出电压 uo 稳定在高电平。 (2) 自动翻转 I(t＝tl): 当电容上的电压 uc 上升到了 VDD 时 , 由于 555 定时器内 S=0,R=1, 使触发器状态Q由 1 变为 0, 由0变成 1, 输出电压 uo由高电平跳变为低电平 , 电容 C 中止充电。 (3) 暂稳态 Ⅱ (t1~t2): 由于此刻==1, 因此放电管 V 饱和导通 , 电容 C 放电 , 放电回路为 C → R2 →放电管 V →地 , 放电时间常数τ2=R2C( 忽略 V 管的饱和电阻 ), 电容电压 uc 按指数规律下降 , 同时使输出维持在低电平上。 (4) 自动翻转Ⅱ(t=t2): 当电容上的电压 uc下降到了 VDD 时 , 由于 555 定时器内 S=1,R=0, 使触发器状态Q由0 变为 1, 由1变成0, 输出电压uo由低电平跳变到高电平 , 电容 C 中止放电。 由于=0, 放电管截止 , 电容 C 又开始充电 , 进入暂稳态 I。 以后 , 电路重复上述过程 , 电路没有稳态 , 只有两个暂稳态 , 它们交替变化 , 输出连续的矩形波脉冲信号 四、主要参数 两个暂稳态维持时间 T1 和 T2 的计算公式如下： T1 ＝τ1ln2=0.7(R1+R2)C T2 ＝0.7R2C 振荡周期： T= T1 + T2 ＝0.7(R1+2R2)C 振荡频率 ： f =1/T 占空比 D=== 例题：试分析图23－2所示的占空比可调多谐振荡器的工作原理，并求振荡频率f和占空比D。 图8.2 占空比可调多谐振荡器 解：当555定时器输出高电平时，放电管V截止，电源VDD对电容C充电，此时充电回路为：VDD → R1 → RP1→ D1 → C →地，充电时间常数：τ1=(R1+RP1)C。 当电容电压充电到uc=VDD时，定时器输出变为低电平，放电管V导通，电容C开始放电，放电回路为C→ R2 →D2→RP2 → 放电管V →地，充电时间常数τ2=(R2+RP2)C。 当电容电压充电到uc=VDD时，定时器输出变为高电平，放电管V截止，电容C又开始充电，如此循环下去便可稳定地输出矩形波。 两个暂稳态的持续时间分别为 t1=0.7(R1+RP1)C t2=0.7(R2+RP2)C 振荡周期T为：T=t1+t2=0.7(R1+R2+RP)C 振荡频率f == 占空比为D== 其中RP＝RP1+ RP2 该电路通过调节可变电阻，可实现调节正脉冲的宽度，此电路称为占空比可调的振荡电路，当R1+RP1=R2+RP2时，D=,即输出对称矩形波 五、 石英晶体多谐振荡器 前面介绍的多谐振荡器的一个共同特点就是振荡频率不稳定，容易受温度、电源电压波动和RC参数误差的影响。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。因此，控制信号频率不稳定会直接影响到系统的工作，显然，前面讨论的多谐振荡器是不能满足要求的，必须采用频率稳定度很高的石英晶体多谐振荡器。 石英晶体具有很好的选频特性。当振荡信号的频率和石英晶体的固有谐振频率 相同时，石英晶体呈现很低的阻抗，信号