門(mén)電路自激多諧振蕩器的原理和實(shí)險

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一、原理與非門(mén)作為一個(gè)開(kāi)關(guān)倒相器件，可用以構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，當輸入電壓達到與非門(mén)的閾值電壓VT時(shí)，門(mén)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直接取決于電路中阻容元件的數值。

1、 非對稱(chēng)型多諧振蕩器
如圖12－1所示，非門(mén)3用于輸出波形整形。
非對稱(chēng)型多諧振蕩器的輸出波形是不對稱(chēng)的，當用TTL與非門(mén)組成時(shí)，輸出脈沖寬度
tw1═RC　 tw2═1.2RC T═2.2RC
調節 R和C值，可改變輸出信號的振蕩頻率，通常用改變C實(shí)現輸出頻率的粗調，改變電位器R實(shí)現輸出頻率的細調。





2、對稱(chēng)型多諧振蕩器
如圖12－2所示，由于電路完全對稱(chēng)，電容器的充放電時(shí)間常數相同, 故輸出為對稱(chēng)的方波。改變R和C的值，可以改變輸出振蕩頻率。非門(mén)3用于輸出波形整形。

一般取R≤1KΩ?,當R＝1KΩ，C＝100pf～100μf時(shí)，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(mén)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(guò)程，控制D點(diǎn)電壓VD,從而控制與非門(mén)的自動(dòng)啟閉，形成多諧振蕩，電容C的充電時(shí)間tw1、放電時(shí)間tw2和總的振蕩周期T分別為
tw1≈0.94RC， tw2≈1.26RC， T ≈2.2RC
調節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)轉換都發(fā)生在與非門(mén)輸入電平達到門(mén)的閾值電平VT的時(shí)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，電路輸出頻率的穩定性較差。

4、石英晶體穩頻的多諧振蕩器
當要求多諧振蕩器的工作頻率穩定性很高時(shí)，上述幾種多諧振蕩器的精度已不能滿(mǎn)足要求。為此常用石英晶體作為信號頻率的基準。用石英晶體與門(mén)電路構成的多諧振蕩器常用來(lái)為微型計算機等提供時(shí)鐘信號。

圖12－4所示為常用的晶體穩頻多諧振蕩器。




（a）、(b)為T(mén)TL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(mén)1用于振蕩，門(mén)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起穩定振蕩作用，通常取十至幾百千歐。C1是頻率微調電容器，C2用于溫度特性校正。

二、實(shí)驗目的
1、掌握使用門(mén)電路構成脈沖信號產(chǎn)生電路的基本方法
2、掌握影響輸出脈沖波形參數的定時(shí)元件數值的計算方法
3、學(xué)習石英晶體穩頻原理和使用石英晶體構成振蕩器的方法

三、 實(shí)驗設備與器件
1、+5V直流電源
2、雙蹤示波器
3、數字頻率計
4、74LS00（或CC4011） 晶振32768Hz 　 電位器、電阻、電容若干。

四、實(shí)驗內容
1、 用與非門(mén)74LS00按圖12－1構成多諧振蕩器，其中R為10KΩ電位器，C為0.01μf。
（1） 用示波器觀(guān)察輸出波形及電容C兩端的電壓波形，列表記錄之。
（2） 調節電位器觀(guān)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(guān)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(xiàn)，取R＝1KΩ，C＝0.047μf，用示波器觀(guān)察輸出波形，記錄之。
3、 用74LS00按圖12－3接線(xiàn)，其中定時(shí)電阻RW用一個(gè)510Ω與一個(gè)1KΩ的電位器串聯(lián)，取R＝100Ω，C＝0.1uf。
（1） RW調到最大時(shí)，觀(guān)察并記錄A、B、D、E及v0各點(diǎn)電壓的波形，測出
v0的周期T和負脈沖寬度（電容C的充電時(shí)間）并與理論計算值比較。
（2） 改變RW值，觀(guān)察輸出信號v0波形的變化情況。
4、 按圖12－4（c）接線(xiàn)，晶振選用電子表晶振32768Hz，與非門(mén)選用CC4011，用示波器觀(guān)察輸出波形，用頻率計測量輸出信號頻率，記錄之。

五、實(shí)驗預習要求

1、 復習自激多諧振蕩器的工作原理
2、 畫(huà)出實(shí)驗用的詳細實(shí)驗線(xiàn)路圖
3、 擬好記錄、實(shí)驗數據表格等。

六、實(shí)驗報告
1、 畫(huà)出實(shí)驗電路，整理實(shí)驗數據與理論值進(jìn)行比較
2、 用方格紙畫(huà)出實(shí)驗觀(guān)測到的工作波形圖，對實(shí)驗結果進(jìn)行分析。

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