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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生器電路,由兩個“非”門組成,每一個“非”門輸出端與輸入端之間連有一個電阻
R=
R1=
R2,電阻阻值恰好使“非門”內的晶體管工作在放大區,一般取800Ω~2kΩ。這樣,兩個“非”門通過電容
C=
C1=
C2交叉耦合形成反饋環路,相當於兩級放大器經
RC耦合一樣,形成正反饋回路並產生振蕩,波形如圖2所示。
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圖2 RC耦合式振蕩器各點波形圖 |
如果因電源電壓波動或其它原因使
v1有微小的正跳變,則由於“非”門工作在放大區,且電路具有正反饋環,迅速使G1飽和導通,
vO1輸出低電平。因為電容
C1電壓不能越變使
vI2下跳,這個負跳變使門G2截止、
vO1輸出高電平,電路進入第一個暫穩態:由於
vO1為低電平、
vO2為高電平,有電流經
R2對
C1充電,並使
vI2電位隨之上升,當上升到閾值電壓
VT時,門G2飽和導通,
vO2輸出低電平。接著,同樣地,電容
C2電壓也不能越變,使
vI1出現下跳,這個負跳變使門G1截止、
vO1輸出高電平,電路進入第二個暫穩態:同樣地由於
vO1為高電平、
vO2為電平低,有電流經
R1對
C2充電,同時
C1經
R2開始放電,隨著充放電過程的進行,
vI1電位隨之上升,當上升到閾值電壓
VT時,門G1再次翻轉,電路進入第一個暫態過程,如此反複。
輸出方波的周期由電容充、放電時間常數(
R1C1+
R2C2)決定。當
R=
R1=
R2、
C=
C1=
C2時,振蕩周期可如下近似計算:

,
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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共同特點:在門電路閾值電壓
VT確定時,振蕩周期由阻容元 件
RC充放電和來決定。這表明振蕩周期易受環境溫度、元件性能、電源波動等因素的影響,從而使振蕩頻率的穩定性受到一定的限製。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
RLC串聯諧振電路,其諧振頻率便是極其穩定的晶體固有頻率
f0。石英晶體對該頻率的阻抗近似等於零,而良好的選頻特性使得晶體對離開諧振頻率
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,這樣隻有頻率為
f0的信號滿足正反饋條件,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定的固有頻率
f0所決定,與其他元件的參數無關,使得輸出方波的頻率極其穩定,在數字電路中得到廣泛應用。