多谐振荡器原理与电路分析PPT讲稿.ppt

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1、多谐振荡器原理与电路分析第1页，共53页，编辑于2022年，星期六多諧振盪器的結構無穩態多諧振盪器無穩態多諧振盪器(astable multivibrator)單穩態多諧振盪器(monostable multivibrator)雙穩態多諧振盪器(bistable multivibrator)第2页，共53页，编辑于2022年，星期六無穩態多諧振盪器無穩態多諧振盪器是不需要外加觸無穩態多諧振盪器是不需要外加觸發信號就能發生振盪，屬於自激式發信號就能發生振盪，屬於自激式多諧振盪器。多諧振盪器。單穩態多諧振盪器與雙穩態多諧振盪器是需要外加觸發信號才能發生振盪這是重點部分第3页，共53页，编辑于202

2、2年，星期六無穩態多諧振盪器無穩態多諧振盪器基本電路圖基本電路圖電晶體式第4页，共53页，编辑于2022年，星期六無穩態多諧振盪器原理說明無穩態多諧振盪器原理說明(1)RB1、RC2與CB1 形成電晶體Q1的順向電壓，RB2、RC1與CB2 形成電晶體Q2的順向電壓，所以電晶體Q1、Q2皆會導通。當電源接上的瞬間當電源接上的瞬間第5页，共53页，编辑于2022年，星期六無穩態多諧振盪器的波形無穩態多諧振盪器的波形第6页，共53页，编辑于2022年，星期六無穩態多諧振盪器原理說明無穩態多諧振盪器原理說明(2)當電晶體Q1、Q2皆導通時，基極電流會向CB1、CB2充電。假設1是電晶體Q1的電流增益

3、，2是電晶體Q1的電流增益，且12第7页，共53页，编辑于2022年，星期六無穩態多諧振盪器原理說明無穩態多諧振盪器原理說明(3)此時IC1IC2VC1VC2VB1VB2IB1IB2IC1IC2如此循環下去，終會讓電晶體Q1飽和，VCE10V、電晶體Q2 截止VCE1VCC第8页，共53页，编辑于2022年，星期六無穩態多諧振盪器原理說明無穩態多諧振盪器原理說明(3-1)當電源接上時(1)第9页，共53页，编辑于2022年，星期六無穩態多諧振盪器原理說明無穩態多諧振盪器原理說明(3-2)當電源接上時(2)第10页，共53页，编辑于2022年，星期六無穩態多諧振盪器原理說明無穩態多諧振盪器原理說

4、明(4)由於電晶體Q1飽和，即VCE1=0.2V，所以儲存在電容器CB2的電壓對於電晶體 Q2而言，仍然形成逆向偏壓，所以電晶體Q2會持續截止，即VCE2=VCC。當電晶體當電晶體Q1飽和時飽和時第11页，共53页，编辑于2022年，星期六無穩態多諧振盪器原理說明無穩態多諧振盪器原理說明(4-1)而電容器而電容器CB2上的電壓會經過上的電壓會經過電晶體電晶體Q1、電源、電源VCC與與RB2向向CB2做逆向充電，做逆向充電，此時此時VB2IB2IC2VC2VB1IB1IC1VC1VB2，如此循環下去，經過如此循環下去，經過T1秒之後秒之後 第12页，共53页，编辑于2022年，星期六無穩態多諧振

5、盪器原理說明無穩態多諧振盪器原理說明(4-2)電容器電容器CB2上的電壓將形電晶體成上的電壓將形電晶體成Q2的的 順向偏壓順向偏壓終會讓電晶體終會讓電晶體Q1截止，截止，電晶體電晶體Q2飽和飽和 T1=0.693*RB2*CB2 第13页，共53页，编辑于2022年，星期六無穩態多諧振盪器原理說明無穩態多諧振盪器原理說明(4-3)第14页，共53页，编辑于2022年，星期六無穩態多諧振盪器原理說明無穩態多諧振盪器原理說明(4-4)第15页，共53页，编辑于2022年，星期六無穩態多諧振盪器原理說明無穩態多諧振盪器原理說明(4-5)第16页，共53页，编辑于2022年，星期六無穩態多諧振盪器原理

6、說明無穩態多諧振盪器原理說明(5)由於電晶體Q2飽和，即VCE1=0V，所以儲存在電容器CB1的電壓對於電晶體 Q1而言，仍然形成逆向偏壓，所以電晶體Q1會持續截止，即VCE1=VCC。當電晶體當電晶體Q2飽和時飽和時第17页，共53页，编辑于2022年，星期六無穩態多諧振盪器原理說明無穩態多諧振盪器原理說明(5-1)而電容器而電容器CB1上的電壓會經過上的電壓會經過電晶體電晶體Q2、電源、電源VCC與與RB1向向CB1做逆向充電，做逆向充電，此時此時VB1IB1IC1VC1VB2IB2IC2VC2VB1，如此循環下去，經過如此循環下去，經過T2秒之後秒之後 第18页，共53页，编辑于2022

7、年，星期六無穩態多諧振盪器原理說明無穩態多諧振盪器原理說明(5-2)電容器電容器CB1上的電壓將形電晶體成上的電壓將形電晶體成Q1的順向的順向 偏壓偏壓終會讓電晶體終會讓電晶體Q2截止，截止，電晶體電晶體Q1飽和飽和T2=0.693*RB1*CB1 第19页，共53页，编辑于2022年，星期六無穩態多諧振盪器原理說明無穩態多諧振盪器原理說明(5-3)第20页，共53页，编辑于2022年，星期六無穩態多諧振盪器原理說明無穩態多諧振盪器原理說明(5-4)第21页，共53页，编辑于2022年，星期六無穩態多諧振盪器原理說明無穩態多諧振盪器原理說明(5-5)第22页，共53页，编辑于2022年，星期六

8、無穩態多諧振盪器無穩態多諧振盪器 結論結論(1)當電源接上時的瞬間使電晶體當電源接上時的瞬間使電晶體Q1Q1飽和，飽和，Q2Q2截止截止經過經過T1T1秒之後，使電晶體秒之後，使電晶體Q1Q1截止，截止，Q2Q2飽和飽和第23页，共53页，编辑于2022年，星期六無穩態多諧振盪器無穩態多諧振盪器 結論結論(2)再經過再經過T2T2秒之後，又使電晶體秒之後，又使電晶體Q1Q1飽和飽和Q2Q2截止截止如此持續下去，產生振盪如此持續下去，產生振盪第24页，共53页，编辑于2022年，星期六T=T1+T2=0.693*(RB2CB2+RB1 CB1)1.4RBCB (設設RB1=RB2=RB，CB1=

9、CB2=CB)輸出頻率輸出頻率 F=1/T=1/1.4RBCB無穩態多諧振盪器無穩態多諧振盪器 週期公式週期公式第25页，共53页，编辑于2022年，星期六OPAOPA組成無穩態多諧振盪器組成無穩態多諧振盪器OPA的無穩態第26页，共53页，编辑于2022年，星期六OPA與R1、R2 組成史密特觸發器 （R1與R2形成正回授網路）負回授網路則由R、C分壓所組成OPAOPA組成無穩態多諧振盪器組成無穩態多諧振盪器(1)(1)第27页，共53页，编辑于2022年，星期六 剛接上電源時，電容器C未充電，所以OPA之反相輸入端電壓V-=VC=0V，故輸出電壓VO為正飽和電壓；此時輸出電壓經R開始C充電

10、。OPAOPA組成無穩態多諧振盪器組成無穩態多諧振盪器(2)(2)第28页，共53页，编辑于2022年，星期六當電容電壓VC大於OPA非反相輸入端之電壓（V+）V+=VU=VO+（sat）*R2/R1+R2（上限觸發電壓）時，VO即迅速轉變為負飽和電壓，而此時之V+變為 V+=VL=VO-（sat）*R2/R1+R2（下限觸發電壓）OPAOPA組成無穩態多諧振盪器組成無穩態多諧振盪器(3)(3)第29页，共53页，编辑于2022年，星期六OPAOPA組成無穩態多諧振盪器組成無穩態多諧振盪器(4)(4)由於VO為負飽和電壓，所以電容器開始經由R向OPA之輸出端放電（亦可稱為逆向充電）；當電容電壓

11、VC較V+(=VL)為低（負）的電壓時，VO即又迅速轉變為正飽和電壓。如此週而復始。第30页，共53页，编辑于2022年，星期六OPAOPA組成無穩態多諧振盪器的波形組成無穩態多諧振盪器的波形第31页，共53页，编辑于2022年，星期六OPAOPA組成無穩態多諧振盪器的公式組成無穩態多諧振盪器的公式第32页，共53页，编辑于2022年，星期六史密特觸發閘組成史密特觸發閘組成無穩態多諧振盪器無穩態多諧振盪器數位IC式的無穩態(1)第33页，共53页，编辑于2022年，星期六1.當剛接上電源時，由於電容器C沒有充電，所以VC=0V，故VO=VOH。2.輸出電壓（VOH）經R向C充電，電容電壓VC逐

12、漸上升，當VCVU，輸出轉態為VOL史密特觸發閘組成史密特觸發閘組成無穩態多諧振盪器無穩態多諧振盪器(1)(1)第34页，共53页，编辑于2022年，星期六3.由於VCVOL，所以電容器開始經R向輸出端放電，直到VCVL，.輸出又轉態為VOH。4.如此(2),(3)向循環,週而復始.史密特觸發閘組成史密特觸發閘組成無穩態多諧振盪器無穩態多諧振盪器(2)(2)第35页，共53页，编辑于2022年，星期六史密特觸發閘組成史密特觸發閘組成無穩態多諧振盪器的波形無穩態多諧振盪器的波形第36页，共53页，编辑于2022年，星期六史密特觸發閘組成史密特觸發閘組成無穩態多諧振盪器的公式無穩態多諧振盪器的公式

13、對CMOS邏輯而言，其VOH=VDD，VOL=VSS第37页，共53页，编辑于2022年，星期六CMOSCMOS閘組成閘組成無穩態多諧振盪器無穩態多諧振盪器數位IC式的無穩態(2)第38页，共53页，编辑于2022年，星期六CMOSCMOS閘組成閘組成無穩態多諧振盪器波形無穩態多諧振盪器波形第39页，共53页，编辑于2022年，星期六剛接上電源VDD時，假設X點為”L”，Y點為”H”，Z點為”L”。CMOSCMOS閘組成閘組成無穩態多諧振盪器無穩態多諧振盪器(1)(1)第40页，共53页，编辑于2022年，星期六由於Y點電壓為VDD，所以由Y點經電阻R向電容C充電，其路徑如圖 CMOSCMOS

14、閘組成閘組成無穩態多諧振盪器無穩態多諧振盪器(2)(2)第41页，共53页，编辑于2022年，星期六等效電路CMOSCMOS閘組成閘組成無穩態多諧振盪器無穩態多諧振盪器(3-1)(3-1)第42页，共53页，编辑于2022年，星期六CMOSCMOS閘組成閘組成無穩態多諧振盪器無穩態多諧振盪器(4)(4)當電容電壓VC大於CMOS邏輯閘的臨限觸發電壓VT（1/2VDD）時，閘A的輸出發生轉態，故Y點變為”L”，Z點變成”H”，X點瞬間亦變為”L”，此時電容C經電阻R放電，直至0V，其路徑如圖所示。第43页，共53页，编辑于2022年，星期六CMOSCMOS閘組成閘組成無穩態多諧振盪器無穩態多諧振

15、盪器(4-1)(4-1)第44页，共53页，编辑于2022年，星期六CMOSCMOS閘組成閘組成無穩態多諧振盪器無穩態多諧振盪器(4-2)(4-2)等效電路第45页，共53页，编辑于2022年，星期六CMOSCMOS閘組成閘組成無穩態多諧振盪器無穩態多諧振盪器(5-1)(5-1)第46页，共53页，编辑于2022年，星期六CMOSCMOS閘組成閘組成無穩態多諧振盪器無穩態多諧振盪器(5)(5)當VC=0V，且Z點電壓為VDD，所以由Z點向電容C充電，其路徑如圖所示，電容電壓VC因充電而逐漸上升，使得電阻R上的電壓VR逐漸下降，當VR小於VT（1/2VDD）時，閘A的輸出又發生轉態，故Y變為”H

16、”，Z點變為”L”，X點變為”L”。第47页，共53页，编辑于2022年，星期六CMOSCMOS閘組成閘組成無穩態多諧振盪器無穩態多諧振盪器(5-2)(5-2)第48页，共53页，编辑于2022年，星期六CMOSCMOS閘組成閘組成無穩態多諧振盪器的公式無穩態多諧振盪器的公式(6)(6)第49页，共53页，编辑于2022年，星期六555 IC555 IC組成組成無穩態多諧振盪器無穩態多諧振盪器內部結構方塊圖第50页，共53页，编辑于2022年，星期六555 IC555 IC組成組成無穩態多諧振盪器無穩態多諧振盪器555IC式無穩態第51页，共53页，编辑于2022年，星期六555 IC555 IC組成組成無穩態多諧振盪器的波形無穩態多諧振盪器的波形第52页，共53页，编辑于2022年，星期六555 IC555 IC組成組成無穩態多諧振盪器無穩態多諧振盪器對稱方波輸出對稱方波輸出第53页，共53页，编辑于2022年，星期六