自激多諧振蕩器設計實驗

一、原理

與非門作為一個開關倒相器件，可用以構成各種脈沖波形的產生電路。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的閾值電壓VT時，門的輸出狀態即發生變化。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，當用TTL與非門組成時，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實現輸出頻率的粗調，改變電位器R實現輸出頻率的細調。

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轉換都發生在與非門輸入電平達到門的閾值電平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，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。用石英晶體與門電路構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、實驗目的

1、掌握使用門電路構成脈沖信號產生電路的基本方法
2、掌握影響輸出脈沖波形參數的定時元件數值的計算方法
3、學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、實驗內容

1、 用與非門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，取R＝100Ω，C＝0.1uf。
（1） RW調到最大時，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、實驗預習要求

1、 復習自激多諧振蕩器的工作原理
2、 畫出實驗用的詳細實驗線路圖
3、 擬好記錄、實驗數據表格等。

六、實驗報告

1、 畫出實驗電路，整理實驗數據與理論值進行比較
2、 用方格紙畫出實驗觀測到的工作波形圖，對實驗結果進行分析。