RC耦合式振荡器电容充放电 分析

2013年9月30日 22:28
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RC耦合式振荡器
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图9.5.4 RC耦合式振荡器
  图9.5.4是另一种使用较多的方波发生器电路,由两个“”门组成,每一个“”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“”门内的晶体管工作在放大区,一般取800Ω~2kΩ。这样,两个“”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9.5.5所示。
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图9.5.5 RC耦合式振荡器各点波形图
如果因电源电压波动或其他原因使vI1有微小的正跳变,则由于“”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电压不能跃变使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R2C1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。同样地,电容C2电压也不能跃变,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为低电平,有电流经R1C2充电,同时C1R2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=R2C=C1=C2时,振荡周期可如下近似计算:\
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图9.5.6 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9.5.6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的其他频率具有较大的阻抗。如图9.5.6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稳定,在数字电路中得到广泛应用。

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