单稳态触发器原理及应用

多谐振荡器是一种自激振荡电路。因为没有稳定的工作状态，多谐振荡器也称为无稳态电路。具体地说，如果一开始多谐振荡器处于0状态，那么它在0状态停留一段时间后将自动转入1状态，在1状态停留一段时间后又将自动转入0状态，如此周而复始，输出矩形波。

图6.4.1 对称式多谐振荡器电路

对称式多谐振荡器是一个正反馈振荡电路[图6.4.1，]。

和

是两个反相器，

和

是两个耦合电容，

和

是两个反馈电阻。只要恰当地选取反馈电阻的阻值，就可以使反相器的静态工作点位于电压传输特性的转折区。上电时，电容器两端的电压

和

均为0。假设某种扰动使

有微小的正跳变，那么经过一个正反馈过程，

迅速跳变为

，

迅速跳变为

，

迅速跳变为

，

迅速跳变为

，电路进入第一个暂稳态。电容

和

开始充电。

的充电电流方向与参考方向相同，

正向增加；

的充电电流方向与参考方向相反，

负向增加。随着

的正向增加，

从

逐渐上升；随着

的负向增加，

从

逐渐下降。因为

经

和

两条支路充电而

经

一条支路充电，所以

充电速度较快，

上升到

时

还没有下降到

。

上升到

使

跳变为

。理论上，

向下跳变

，

也将向下跳变

。考虑到

输入端钳位二极管的影响，

最多跳变到

。

下降到

使

跳变为

，这又使

从

向上跳变

，即

变成

，电路进入第二个暂稳态。

经

一条支路反向充电（实际上先放电再反向充电），

逐渐下降。

经

和

两条支路反向充电（实际上先放电再反向充电），

逐渐上升。

的上升速度大于

的下降速度。当

上升到

时，电路又进入第一个暂稳态。 此后，电路将在两个暂稳态之间来回振荡。

非对称式多谐振荡器是对称式多谐振荡器的简化形式[图6.4.6]。这个电路只有一个反馈电阻

和一个耦合电容

。反馈电阻

使

的静态工作点位于电压传输特性的转折区，就是说，静态时，

的输入电平约等于

，

的输出电平也约等于

。因为

的输出就是

的输入，所以

静态时也被迫工作在电压传输特性的转折区。

图6.4.6 非对称是多谐振荡器电路

环形振荡器[图6.4.10]不是正反馈电路，而是一个具有延迟环节的负反馈电路。

图6.4.10 最简单的环形振荡器

图6.4.19 石英晶体多谐振荡器

石英晶体具有优越的选频性能。将石英晶体引入普通多谐振荡器就能构成具有较高频率稳定性的石英晶体多谐振荡器[图6.4.19]。我们知道，普通多谐振荡器是一种矩形波发生器，上电后输出频率为

的矩形波。根据傅里叶分析理论，频率为

的矩形波可以分解成无穷多个正弦波分量，正弦波分量的频率为

（

），如果石英晶体的串联谐振频率为

，那么只有频率为

的正弦波分量可以通过石英晶体（第

个正弦波分量，

），形成正反馈，而其它正弦波分量无法通过石英晶体。频率为

的正弦波分量被反相器转换成频率为

矩形波。因为石英晶体多谐振荡器的振荡频率仅仅取决于石英晶体本身的参数，所以对石英晶体以外的电路元件要求不高。