自激多諧振蕩器設(shè)計實驗

一、原理

與非門作為一個開關(guān)倒相器件，可用以構(gòu)成各種脈沖波形的產(chǎn)生電路。電路的基本工作原理是利用電容器的充放電，當(dāng)輸入電壓達(dá)到與非門的閾值電壓VT時，門的輸出狀態(tài)即發(fā)生變化。因此，電路輸出的脈沖波形參數(shù)直接取決于電路中阻容元件的數(shù)值。

1、 非對稱型多諧振蕩器

如圖12－1所示，非門3用于輸出波形整形。
非對稱型多諧振蕩器的輸出波形是不對稱的，當(dāng)用TTL與非門組成時，輸出脈沖寬度
tw1═RC　 tw2═1.2RC T═2.2RC
調(diào)節(jié) R和C值，可改變輸出信號的振蕩頻率，通常用改變C實現(xiàn)輸出頻率的粗調(diào)，改變電位器R實現(xiàn)輸出頻率的細(xì)調(diào)。

2、對稱型多諧振蕩器

如圖12－2所示，由于電路完全對稱，電容器的充放電時間常數(shù)相同, 故輸出為對稱的方波。改變R和C的值，可以改變輸出振蕩頻率。非門3用于輸出波形整形。
一般取R≤1KΩ?,當(dāng)R＝1KΩ，C＝100pf～100μf時，f＝nHz～nMHz，脈沖寬度tw1＝tw2＝0.7RC，T＝1.4RC

3、帶RC電路的環(huán)形振蕩器

電路如圖12－3所示，非門4用于輸出波形整形，R為限流電阻，一般取100Ω，電位器Rw 要求≤1KΩ，電路利用電容C的充放電過程，控制D點電壓VD,從而控制與非門的自動啟閉，形成多諧振蕩，電容C的充電時間tw1、放電時間tw2和總的振蕩周期T分別為
tw1≈0.94RC， tw2≈1.26RC， T ≈2.2RC
調(diào)節(jié)R和C的大小可改變電路輸出的振蕩頻率。

以上這些電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換都發(fā)生在與非門輸入電平達(dá)到門的閾值電平VT的時刻。在VT附近電容器的充放電速度已經(jīng)緩慢，而且VT本身也不夠穩(wěn)定，易受溫度、電源電壓變化等因素以及干擾的影響。因此，電路輸出頻率的穩(wěn)定性較差。

4、石英晶體穩(wěn)頻的多諧振蕩器

當(dāng)要求多諧振蕩器的工作頻率穩(wěn)定性很高時，上述幾種多諧振蕩器的精度已不能滿足要求。為此常用石英晶體作為信號頻率的基準(zhǔn)。用石英晶體與門電路構(gòu)成的多諧振蕩器常用來為微型計算機等提供時鐘信號。
圖12－4所示為常用的晶體穩(wěn)頻多諧振蕩器。

（a）、(b)為TTL器件組成的晶體振蕩電路；

（c）、(d)為CMOS器件組成的晶體振蕩電路， 一般用于電子表中，其中晶體的f0=32768Hz。

圖12－4（c）中，門1用于振蕩，門2用于緩沖整形。Rf是反饋電阻，通常在幾十兆歐之間選取，一般選22MΩ。R起穩(wěn)定振蕩作用，通常取十至幾百千歐。C1是頻率微調(diào)電容器，C2用于溫度特性校正。

二、實驗?zāi)康?/P>

1、掌握使用門電路構(gòu)成脈沖信號產(chǎn)生電路的基本方法
2、掌握影響輸出脈沖波形參數(shù)的定時元件數(shù)值的計算方法
3、學(xué)習(xí)石英晶體穩(wěn)頻原理和使用石英晶體構(gòu)成振蕩器的方法

三、 實驗設(shè)備與器件

1、+5V直流電源

2、雙蹤示波器

3、數(shù)字頻率計

4、74LS00（或CC4011） 晶振32768Hz 　 電位器、電阻、電容若干。

四、實驗內(nèi)容

1、 用與非門74LS00按圖12－1構(gòu)成多諧振蕩器，其中R為10KΩ電位器，C為0.01μf。
（1） 用示波器觀察輸出波形及電容C兩端的電壓波形，列表記錄之。
（2） 調(diào)節(jié)電位器觀察輸出波形的變化，測出上、下限頻率。
（3） 用一只100μf電容器跨接在74LS00 14腳與7腳的最近處，觀察輸
出波形的變化及電源上紋波信號的變化，記錄之。
2、 用74LS00按圖12－2接線，取R＝1KΩ，C＝0.047μf，用示波器觀察輸出波形，記錄之。
3、 用74LS00按圖12－3接線，其中定時電阻RW用一個510Ω與一個1KΩ的電位器串聯(lián)，取R＝100Ω，C＝0.1uf。
（1） RW調(diào)到最大時，觀察并記錄A、B、D、E及v0各點電壓的波形，測出
v0的周期T和負(fù)脈沖寬度（電容C的充電時間）并與理論計算值比較。
（2） 改變RW值，觀察輸出信號v0波形的變化情況。
4、按圖12－4（c）接線，晶振選用電子表晶振32768Hz，與非門選用CC4011，用示波器觀察輸出波形，用頻率計測量輸出信號頻率，記錄之。

五、實驗預(yù)習(xí)要求

1、 復(fù)習(xí)自激多諧振蕩器的工作原理
2、 畫出實驗用的詳細(xì)實驗線路圖
3、 擬好記錄、實驗數(shù)據(jù)表格等。

六、實驗報告

1、 畫出實驗電路，整理實驗數(shù)據(jù)與理論值進(jìn)行比較
2、 用方格紙畫出實驗觀測到的工作波形圖，對實驗結(jié)果進(jìn)行分析。