石英晶體振蕩電路一課件

9.1濾波電路的基本概念與分類9.5正弦波振蕩電路的振蕩條件9.2一階有源濾波電路9.6RC正弦波振蕩電路9.7LC正弦波振蕩電路9.8非正弦信號產生電路9信號處理與信號產生電路19.1濾波電路的基本概念與分類9.5正弦波振蕩電路的9.1濾波電路的基本概念與分類1.基本概念濾波器：是一種能使有用頻率信號通過，同時抑制或衰減無用頻率信號的電子裝置。有源濾波器：由有源器件構成的濾波器。濾波電路傳遞函數(shù)定義時，有其中——模，幅頻響應——相位角，相頻響應時延響應通常用幅頻響應來描述一個濾波電路的特性。29.1濾波電路的基本概念與分類1.基本概念濾波器：是一2.分類低通（LPF）高通（HPF）帶通（BPF）帶阻（BEF）全通（APF）32.分類低通（LPF）高通（HPF）帶通（BPF）帶阻（B9.2一階有源濾波電路1.低通濾波電路傳遞函數(shù)其中特征角頻率故幅頻相應為：同相比例放大系數(shù)49.2一階有源濾波電路1.低通濾波電路傳遞函數(shù)其中特征2.高通濾波電路

一階有源濾波電路通帶外衰減速率慢（-20dB/十倍頻程），與理想情況相差較遠。一般用在對濾波要求不高的場合。低通電路中的R和C交換位置便構成高通濾波電路52.高通濾波電路一階有源濾波電路通帶外衰減速率9.3高階有源濾波電路二、有源高通濾波電路三、有源帶通濾波電路四、二階有源帶阻濾波電路一、有源低通濾波電路69.3高階有源濾波電路二、有源高通濾波電路三、有源帶通濾一、有源低通濾波電路1.二階有源低通濾波電路2.傳遞函數(shù)對于濾波電路，有得濾波電路傳遞函數(shù)（二階）（同相比例）7一、有源低通濾波電路1.二階有源低通濾波電路2.傳遞函數(shù)令稱為通帶增益稱為特征角頻率稱為等效品質因數(shù)則濾波電路才能穩(wěn)定工作。注意：8令稱為通帶增益稱為特征角頻率稱為等效品質因數(shù)則濾波電路才能穩(wěn)用代入，可得傳遞函數(shù)的頻率響應：幅頻響應相頻響應9用代入，可得傳遞函數(shù)的頻率響應：幅3.幅頻響應二階低通路濾波電路幅頻響應曲線103.幅頻響應二階低通路濾波電路幅頻響應曲線104.n階巴特沃斯傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)為式中n為階濾波電路階數(shù)，

c為3dB截止角頻率，A0為通帶電壓增益。歸一化幅頻響應114.n階巴特沃斯傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)為式中n為二、有源高通濾波電路1.二階高通濾波電路將低通電路中的電容和電阻對換，便成為高通電路。傳遞函數(shù)幅頻響應：12二、有源高通濾波電路1.二階高通濾波電路將低通電路2.巴特沃斯傳遞函數(shù)及其歸一化幅頻響應歸一化幅頻響應132.巴特沃斯傳遞函數(shù)及其歸一化幅頻響應歸一化幅頻響應13三、有源帶通濾波電路1.電路組成原理可由低通和高通串聯(lián)得到必須滿足低通截止角頻率高通截止角頻率14三、有源帶通濾波電路1.電路組成原理可由低通和高通串聯(lián)得到例15例15四、二階有源帶阻濾波電路可由低通和高通并聯(lián)得到必須滿足16四、二階有源帶阻濾波電路可由低通和高通并聯(lián)得到必須滿足16雙T選頻網(wǎng)絡17雙T選頻網(wǎng)絡17雙T帶阻濾波電路18雙T帶阻濾波電路18阻濾波電路的幅頻特性

19阻濾波電路的幅頻特性199.5正弦波振蕩電路的振蕩條件正反饋放大電路框圖（注意與負反饋方框圖的差別）1.振蕩條件若環(huán)路增益則去掉仍有穩(wěn)定的輸出。又所以振蕩條件為振幅平衡條件相位平衡條件209.5正弦波振蕩電路的振蕩條件正反饋放大電路框圖1.起振條件2.起振和穩(wěn)幅

振蕩電路是單口網(wǎng)絡，無需輸入信號就能起振，起振的信號源來自何處？電路器件內部噪聲以及電源接通擾動。當輸出信號幅值增加到一定程度時，就要限制它繼續(xù)增加，否則波形將出現(xiàn)失真。噪聲中，滿足相位平衡條件的某一頻率

0的噪聲信號被放大，成為振蕩電路的輸出信號。穩(wěn)幅的作用就是，當輸出信號幅值增加到一定程度時，使振幅平衡條件從回到21起振條件2.起振和穩(wěn)幅振蕩電路是單口網(wǎng)絡，放大電路（包括負反饋放大電路）3.振蕩電路基本組成部分反饋網(wǎng)絡（構成正反饋的）選頻網(wǎng)絡（選擇滿足相位平衡條件的一個頻率。經(jīng)常與反饋網(wǎng)絡合二為一。）穩(wěn)幅環(huán)節(jié)22放大電路（包括負反饋放大電路）3.振蕩電路基本組成部分反饋9.6RC正弦波振蕩電路1.電路組成2.RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡的選頻特性3.振蕩電路工作原理4.穩(wěn)幅措施239.6RC正弦波振蕩電路1.電路組成2.RC串并聯(lián)選1.電路組成反饋網(wǎng)絡兼做選頻網(wǎng)絡RC橋式振蕩電路241.電路組成反饋網(wǎng)絡兼做選頻網(wǎng)絡RC橋式振蕩電路24反饋系數(shù)2.RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡的選頻特性幅頻響應又且令則相頻響應25反饋系數(shù)2.RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡的選頻特性幅頻響應又且令則相當幅頻響應有最大值相頻響應26當幅頻響應有最大值相頻響應263.振蕩電路工作原理此時若放大電路的電壓增益為用瞬時極性法判斷可知，電路滿足相位平衡條件則振蕩電路滿足振幅平衡條件當時，電路可以輸出頻率為的正弦波RC正弦波振蕩電路一般用于產生頻率低于1MHz的正弦波273.振蕩電路工作原理此時若放大電路的電壓增益為用采用非線性元件4.穩(wěn)幅措施熱敏元件熱敏電阻起振時，即熱敏電阻的作用穩(wěn)幅28采用非線性元件4.穩(wěn)幅措施熱敏元件熱敏電阻起振時，即熱敏電采用非線性元件場效應管（JFET）穩(wěn)幅原理穩(wěn)幅整流濾波T：壓控電阻可變電阻區(qū)，斜率隨vGS不同而變化29采用非線性元件場效應管（JFET）穩(wěn)幅原理穩(wěn)幅整流濾波T：壓采用非線性元件二極管穩(wěn)幅原理穩(wěn)幅起振時穩(wěn)幅環(huán)節(jié)30采用非線性元件二極管穩(wěn)幅原理穩(wěn)幅起振時穩(wěn)幅環(huán)節(jié)309.7LC正弦波振蕩電路二、變壓器反饋式LC振蕩電路三、三點式LC振蕩電路四、石英晶體振蕩電路一、LC選頻放大電路319.7LC正弦波振蕩電路二、變壓器反饋式LC振蕩電路三、等效損耗電阻一般有則當

時，電路諧振。為諧振頻率諧振時阻抗最大，且為純阻性其中為品質因數(shù)同時有即1.并聯(lián)諧振回路一、LC選頻放大電路32等效損耗電阻一般有則當阻抗頻率響應（a）幅頻響應（b）相頻響應33阻抗頻率響應（a）幅頻響應2.選頻放大電路342.選頻放大電路34二、變壓器反饋式LC振蕩電路雖然波形出現(xiàn)了失真，但由于LC諧振電路的Q值很高，選頻特性好，所以仍能選出

0的正弦波信號。1.電路結構2.相位平衡條件3.幅值平衡條件4.穩(wěn)幅5.選頻通過選擇高增益的場效應管和調整變壓器的匝數(shù)比，可以滿足使電路可以起振。BJT進入非線性區(qū)，波形出現(xiàn)失真，從而幅值不再增加，達到穩(wěn)幅目的。（定性分析）35二、變壓器反饋式LC振蕩電路雖然波形出現(xiàn)了失真，但三、三點式LC振蕩電路仍然由LC并聯(lián)諧振電路構成選頻網(wǎng)絡⑴若中間點交流接地，則首端與尾端相位相反。1.三點式LC并聯(lián)電路中間端的瞬時電位一定在首、尾端電位之間。三點的相位關系⑵若首端或尾端交流接地，則其他兩端相位相同。36三、三點式LC振蕩電路仍然由LC并聯(lián)諧振電路構成選頻網(wǎng)絡⑴2.電感三點式振蕩電路372.電感三點式振蕩電路373.電容三點式振蕩電路383.電容三點式振蕩電路38四、石英晶體振蕩電路Q值越高，選頻特性越好，頻率越穩(wěn)定。1.頻率穩(wěn)定問題頻率穩(wěn)定度一般由來衡量——頻率偏移量?！袷庮l率。LC振蕩電路Q——數(shù)百石英晶體振蕩電路Q——1000050000039四、石英晶體振蕩電路Q值越高，選頻特性越好，頻率越穩(wěn)定。1.2.石英晶體的基本特性與等效電路結構極板間加電場極板間加機械力晶體機械變形晶體產生電場壓電效應交變電壓機械振動交變電壓機械振動的固有頻率與晶片尺寸有關，穩(wěn)定性高當交變電壓頻率=固有頻率時，振幅最大壓電諧振402.石英晶體的基本特性與等效電路結構極板間加電場極板間加機等效電路⑴串聯(lián)諧振特性晶體等效阻抗為純阻性⑵并聯(lián)諧振通常所以（a）代表符號（b）電路模型（c）電抗-頻率響應特性41等效電路⑴串聯(lián)諧振特性晶體等效阻抗為純阻性⑵并聯(lián)諧實際使用時外接一小電容Cs則新的諧振頻率為由于由此看出調整42實際使用時外接一小電容Cs則新的諧振頻率為由于由此看出調整4

end3.石英晶體振蕩電路43end3.石英晶體振蕩電路439.8非正弦信號產生電路二、方波產生電路三、鋸齒波產生電路一、電壓比較器449.8非正弦信號產生電路二、方波產生電路三、鋸齒波產生電一、電壓比較器，由于|vO|不可能超過VM，特點：1.單門限電壓比較器（1）過零比較器開環(huán)，虛短不成立增益A0大于105（忽略了放大器輸出級的飽和壓降）所以當|+VCC|

=|-VCC|=VM=

15V，A0=105時，可以認為vI>0時，vOmax=+VCCvI<0時，vOmax=-VCC（過零比較器）運算放大器工作在非線性狀態(tài)下-VCC≤vO≤+VCC|vI|≥45一、電壓比較器，由于|vO|不可能超過VM，特點：1.特點：⑴過零比較器開環(huán)，虛短不成立增益A0大于105輸入為正負對稱的正弦波時，輸出為方波。電壓傳輸特性-VCC≤vO≤+VCC46特點：⑴過零比較器開環(huán)，虛短不成立增益A0大于105⑵門限電壓不為零的比較器電壓傳輸特性（門限電壓為VREF）47⑵門限電壓不為零的比較器電壓傳輸特性（門限電壓為VREF）4（門限電壓為VREF）①

VREF＝0時②

VREF＝2V時

③

VREF＝－4V時vI為峰值6V的三角波，設±VCC＝±12V，運放為理想器件。⑵門限電壓不為零的比較器48（門限電壓為VREF）①VREF＝0時②VREF＝2V時解：例圖示為另一種形式的單門限電壓比較器，試求出其門限電壓(閾值電壓)VT，畫出其電壓傳輸特性。設運放輸出的高、低電平分別為VOH和VOL。

利用疊加定理可得理想情況下，輸出電壓發(fā)生跳變時對應的vP＝vN＝0，即門限電壓49解：例圖示為另一種形式的單門限電壓比較器，試求出其門限電壓(單門限比較器的抗干擾能力應為高電平錯誤電平50單門限比較器的抗干擾能力應為高電平錯誤電平502.遲滯比較器⑴電路組成⑵門限電壓門限電壓上門限電壓下門限電壓回差電壓512.遲滯比較器⑴電路組成⑵門限電壓門限電壓上門限電壓下門限2.遲滯比較器⑶傳輸特性522.遲滯比較器⑶傳輸特性52解：⑴門限電壓⑶輸出電壓波形例電路如圖所示，試求門限電壓，畫出傳輸特性和圖c所示輸入信號下的輸出電壓波形。⑵傳輸特性53解：⑴門限電壓⑶輸出電壓波形例電路如圖所示，試求門限電壓，畫結論：⑴用于電壓比較器的運放，通常工作在開環(huán)或正反饋和非線性區(qū)，其輸出電壓只有高電平VOH和低電平VOL兩種情況。⑵一般用電壓傳輸特性來描述輸出電壓與輸入電壓的函數(shù)關系。⑶電壓傳輸特性的關鍵要素輸出電壓的高電平VOH和低電平VOL