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图1 RC耦合式振荡器 | 图1是另一种使用较多的方波发生器电路,由两个“非”门组成,每一个“非”门输出端与输入端之间连有一个电阻 R= R1= R2,电阻阻值恰好使“非门”内的晶体管工作在放大区,一般取800Ω~2kΩ。这样,两个“非”门通过 电容C= C1= C2交叉耦合形成反馈环路,相当于两级放大器经 RC耦合一样,形成正反馈回路并产生振荡,波形如图2所示。
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图2 RC耦合式振荡器各点波形图 | 如果因 电源电压波动或其它原因使 v1有微小的正跳变,则由于“非”门工作在放大区,且电路具有正反馈环,迅速使G1饱和导通, vO1输出低电平。因为电容 C1电压不能越变使 vI2下跳,这个负跳变使门G2截止、 vO1输出高电平,电路进入第一个暂稳态:由于 vO1为低电平、 vO2为高电平,有电流经 R2对 C1充电,并使 vI2电位随之上升,当上升到阈值电压 VT时,门G2饱和导通, vO2输出低电平。接着,同样地,电容 C2电压也不能越变,使 vI1出现下跳,这个负跳变使门G1截止、 vO1输出高电平,电路进入第二个暂稳态:同样地由于 vO1为高电平、 vO2为电平低,有电流经 R1对 C2充电,同时 C1经 R2开始放电,随着充放电过程的进行, vI1电位随之上升,当上升到阈值电压 VT时,门G1再次翻转,电路进入第一个暂态过程,如此反复。 输出方波的周期由电容充、放电时间常数( R1C1+ R2C2)决定。当 R= R1= R2、 C= C1= C2时,振荡周期可如下近似计算: ,
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图3 石英晶体振荡器 | 前述的两种多谐振荡器有一个共同特点:在门电路阈值电压 VT确定时,振荡周期由阻容元 件 RC充放电和来决定。这表明振荡周期易受环境温度、元件性能、电源波动等因素的影响,从而使振荡频率的稳定性受到一定的限制。为此,常采用在多谐振荡器中串接石英晶体,组成如图3所示的石英晶体振荡器。石英晶体可以等效成一个 RLC串联谐振电路,其谐振频率便是极其稳定的晶体固有频率 f0。石英晶体对该频率的阻抗近似等于零,而良好的选频特性使得晶体对离开谐振频率 f0的其它频率具有较大的阻抗。如图3所示,将晶体与 C2串接,这样只有频率为 f0的信号满足正反馈条件,使之迅速起振。因此该电路的振荡频率由石英晶体本身的极其稳定的固有频率 f0所决定,与其他元件的参数无关,使得输出方波的频率极其稳定,在数字电路中得到广泛应用。
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