多諧振蕩器是一種自激振蕩器電路，該電路在接通電源后無需外接觸發(fā)信號就能產生一定頻率和幅值的矩形脈沖或方波。由于矩形脈沖中含有豐富的高次諧波，故稱為多諧振蕩器。另外多諧振蕩器在工作過程中不存在穩(wěn)定狀態(tài)，故又稱為無穩(wěn)態(tài)電路。
由門電路組成的多諧振蕩器有多種電路形式，但它們均具有如下共同特點: 首先，電路中含有開關器件，如門電路、電壓比較器、bjt 等。這些器件主要用來產生高、低電平；其次，具有反饋網絡, 將輸出電壓恰當?shù)胤答伣o開關器件使之改變輸出狀態(tài)；另外，還有延遲環(huán)節(jié)，利用rc電路的充、放電特性可實現(xiàn)延時，以獲得所需要的振蕩頻率。在許多實用電路中，反饋網絡兼有延時作用。
1、cmos門電路組成的多諧振蕩器結構和原理
一種由cmos門電路組成的多諧振蕩器如圖1所示。其原理圖和工作波形分別如圖2(a)、(b)所示。圖(a)中d1、d2、d3、d4均為保護二極管。
為了討論方便，在電路分析中，假定門電路的電壓傳輸特性曲線為理想化的折線，即開門電平(von) 和關門電平(voff)相等，這個理想化的開門電平或關門電平稱為門坎電平(或閾值電平)，記為vth且設vth=vdd/2。
(1)第一暫穩(wěn)態(tài)及電路自動翻轉的過程
假定在t=0時接通電源，電容c尚未充電，電路初始狀態(tài)為vo1=voh，
v1=vo2=vol 狀態(tài)，即第一暫穩(wěn)態(tài)。此時，電源vdd經g1的tp管、r和g2的tn管給電容c充電，如圖2(a)所示。隨著充電時間的增加，v1的值不斷上升，當v1達到vth時，電路發(fā)生下述正反饋過程:
圖1 由cmos門電路組成的多諧振蕩器
這一正反饋過程瞬間完成，使vo1=volvo2=voh，電路進入第二暫穩(wěn)態(tài)。
(a)多諧振蕩器原理圖
（b)多諧振蕩器波形圖
圖2 多諧振蕩器原理圖和波形
(2)第二暫穩(wěn)態(tài)及電路自動翻轉的過程
電路進入第二暫穩(wěn)態(tài)瞬間，v02由0v上跳至vdd，由于電容兩端電壓不斷突變，則v1也將上跳vdd，本應升至vdd+vth ，但由于保護二極管的鉗位作用，v1僅上跳至vdd+△v+。隨后，電容c通過g2的tp、電阻r 和g1的tn放電，使v1下降，當v1降至vth后，電路又產生如下正反饋過程：
從而使電路又回到第一暫穩(wěn)態(tài)，vo1=voh，vo2=vol。此后，電路重復上述過程，周而復始的從一個暫穩(wěn)態(tài)翻轉到另一個暫穩(wěn)態(tài)，在g2的輸出端得到方波。
由上述分析不難看出，多諧振蕩器的兩個暫穩(wěn)態(tài)的轉換過程是通過電容c充、放電作用來實現(xiàn)的?！?br>2、 振蕩周期的計算
在振蕩過程中，電路狀態(tài)的轉換主要取決于電容的充、放電，而轉換時刻則取決于v1的數(shù)值。根據(jù)以上分析所得電路在狀態(tài)轉換時v1的幾個特征值，可以計算出圖2(b)中的 t1、t2的值。
(1)t1的計算
對應于第一暫穩(wěn)態(tài)，將圖2(b)中t1、t2作為時間起點，t1=t2-t1，v1(0+)=-△v-≈0v,v1(∞)=vdd,τ=rc。根據(jù)rc電路瞬態(tài)響應的分析，有
(2)t2的計算
對應于圖2(b)，在第二暫穩(wěn)態(tài)，將t2作為時間起點，則有v1(0+)=vdd+△v+≈vdd，v1(∞)=0，τ=rc，
由此可求出t2=rc,所以
圖3 加補償電阻的cmos多諧振蕩器
將vth=vdd/2代入，上式變?yōu)閠=rcln4≈1.4rc 。
圖1是一種最簡型多諧振蕩器，上式僅適用于r>>ron(p)+ron(n)（其中，ron(p)、ron(n)分別為cmos門中nmos、pmos管的導通電阻），c 遠大于電路分布電容的情況。當電源電壓波動時，會使振蕩頻率不穩(wěn)定，在vth≠vdd/2時，影響尤為嚴重。一般可在該圖中增加一個補償電阻 ,如圖3所示。rs可減小電源電壓變化對振蕩頻率影響。當vth=vdd/2時，取rs>>r(一般取rs=10r )。