多諧振蕩器的振蕩周期或重復(fù)頻率不僅與時(shí)間常數(shù)rc有關(guān),而且還取決于門電路的閾值電壓vth。由于vth容易受溫度、電源電壓及干擾的影響,因此頻率穩(wěn)定性較差,不能適應(yīng)在對(duì)頻率穩(wěn)定性要求較高的場(chǎng)合。
為得到頻率穩(wěn)定性很高的脈沖波形,多采用由石英晶體組成的石英晶體振蕩器。石英晶體的電路符號(hào)和阻抗頻率響應(yīng)如圖1。由阻抗頻率響應(yīng)可知,石英晶體的選頻特性非常好,它有一個(gè)極為穩(wěn)定的串聯(lián)諧振頻率fs,且等效品質(zhì)因數(shù)q值很高。只有頻率為fs的信號(hào)最容易通過(guò),而其他頻率的信號(hào)均會(huì)被晶體所衰減。
石英晶體振蕩器電路如圖2所示。圖中,并聯(lián)在兩個(gè)反相器輸入、輸出間的電阻r 的作用是使反相器工作在線性放大區(qū)。r的阻值,對(duì)于ttl門電路通常在0.7~2kω之間;對(duì)應(yīng)于cmos門通常在10~100mω之間。電路中,電容c1用于兩個(gè)反相器間的耦合,而c2的作用,則是抑制高次諧波,以保證穩(wěn)定的頻率輸出。電容c2的選擇應(yīng)使2πrc2fs≈1,從而使rc2并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)在fs處產(chǎn)生極點(diǎn),以減少諧振信號(hào)損失。c1的選擇應(yīng)使c1在頻率為fs時(shí)的容抗可以忽略不計(jì)。
(a) 電路符號(hào) (b) 阻抗頻率特性
圖1 石英晶體的電路符號(hào)及阻抗頻率特性
圖2 石英晶體振蕩器
(a) 邏輯圖
(b) 波形圖
圖3 雙時(shí)鐘發(fā)生器
圖2所示電路的振蕩頻率僅取決于石英晶體的串聯(lián)諧振頻率,而與電路中的r、c的數(shù)值無(wú)關(guān)。這是因?yàn)殡娐穼?duì)fs頻率所形成的正反饋?zhàn)顝?qiáng)而易于維持振蕩。
為了改善輸出波形,增強(qiáng)帶負(fù)載的能力,通常在振蕩器的輸出端再加一級(jí)反相器。作為一個(gè)應(yīng)用實(shí)例,兩相時(shí)鐘產(chǎn)生電路如圖3(a)所示,其波形如圖3(b)所示。