第9章波形产生电路

1、1 第九章第九章 信号出路与波形产生电路信号出路与波形产生电路 9.19.1有源滤波器有源滤波器 作用：让所需要频率的信号通过，抑制不需要的作用：让所需要频率的信号通过，抑制不需要的 频率信号。频率信号。 类型：模拟式类型：模拟式 有源有源 低通低通 数字式数字式 无源无源 高通高通 带通带通 带阻带阻 理想滤波器的幅频特性：理想滤波器的幅频特性： HL HL o LH o 低通低通高通高通 带通带通带阻带阻 2 9.29.2一阶有源滤波器一阶有源滤波器 RCSCSR CS SA 1 1 /1 /1 )( RCS RR SA F 1 )/(1 )( 1 - - 9090 -45-45 n n

2、)(lg20jA -20db/-20db/十倍十倍 频频 R R1 1 R R R RF F C C v vo o v vi i n n arctg jA )( )(1 1 )( 2 特征角频率）( 1 1 1 1 1 )( RC j jRC jA n n 3 9.3 9.3 二阶有源滤波器二阶有源滤波器 传递函数一般表达式传递函数一般表达式 A Ao o ： ： 通带增益通带增益 Q Q ：品质因素：品质因素 n n：特征频率：特征频率 o o：中心频率：中心频率 22 22 22 22 22 22 2 22 2 )( )( )( )( )( )( )( n n n n o o o oo o

3、 o o o n n o n n no S Q S S Q SA SA S Q S SA SA S Q S S Q A SA S Q S SA SA S Q S A SA 全通 带阻 带通 高通 低通 ：共轭复根 ：为负实重根 之积可分解为两个一次因子 ：两个负实根， ：实部为正，不稳系统 极点： 5 . 0 5 . 0 5 . 00 0 2 411 2 2, 1 Q Q Q Q Q Q S n 4 1 1 、压控电压源低通滤波器、压控电压源低通滤波器 R R1 1 R RF F R R v v0 0 A A R R C C C C v vi i p p n n A A 2 )()3(1)(

4、)( )( SCRSCRA A SV SV SA VF VF i o RCS SVSV R RR SVSV Ap F no 1 1 )()( )()( 1 1 )( 1 )( 1 )()() 2 ( SV R SV R SCSVSVCS R i poA 5 o n F VFo n n no A Q RC R R AA S Q S A SA 3 11 1 )( 1 22 2 ， ， 22 2 2 ) 1 ( )3( )/( )()3(1 )( RC S RC A S RCA SCRSCRA A SA VF VF VF VF 2 2 2 0 2 2 )()(1 1)( )( 1 )(1 1)( 1

5、 )( )( nn nn o nn o Q A jA Q j A j Q j A jA Q0 Ao3 RF/R12 6 二阶低通滤波器幅频特性二阶低通滤波器幅频特性 Qdb A jA A jA db A jA o n no n o n lg20 )( lg20 lg40 )( lg20 0 )( lg20 o A jA)( lg20 0 0 n -40db/-40db/十倍频十倍频 Q=0.707Q=0.707 Q Q Q A jA Q Q MAX o nn 14 2)( 2 1 1 707.0 2 2 2 有极大值 -3db-3db 2 2 2 0 )()(1 1)( nn Q A jA Q

6、=0.707Q=0.707曲线最平坦曲线最平坦 且截止频率为且截止频率为n n 7 2 2压控电压源带通滤波器压控电压源带通滤波器 VF F VF VF VF o o o o o A Q RC R R A A A A S Q S S Q A SA 3 11 1 3 )( 0 1 22 R R R R C C C C v vi i R R1 1 R RF F v v0 0 A A2R2R 2 2 2 0 )()(1 )( oo o Q Q A jA 8 带通滤波器幅频特性带通滤波器幅频特性 00 0 0 lg20 )( lg20 lg20 )( lg20 0 )( lg20 QA jA Q A

7、jA db A jA o o o o 0 )( lg20 A jA /o o 1 1 0.0. 1 1 1010 odbodb -20-20 -40-40 Q=10Q=10 Q=1Q=1 Q B Q Q Q Q o LH oH oL 2 11 2 11 2 2 2 2 2 0 )()(1 )( oo o Q Q A jA 9 9.1 9.1 正弦波振荡电路的条件正弦波振荡电路的条件 正弦波振荡器是一种无输入信号，包含选频网络正弦波振荡器是一种无输入信号，包含选频网络 的正反馈放大电路。的正反馈放大电路。 9.1.19.1.1产生正弦波的条件产生正弦波的条件 vo vf 基本放大器基本放大器A

8、A 反馈网络反馈网络F F vid n FA FA VV FA Fid 2 1 1 相位平衡条件 振幅平衡条件： 与负反馈放大器中所得到 的自激条件相矛盾吗？ 相位平衡条件决定振荡频率相位平衡条件决定振荡频率 9.5 9.5 正弦波振荡电路的振荡条件正弦波振荡电路的振荡条件 10 9.5.19.5.1振荡的建立和稳定振荡的建立和稳定 振荡电路的初始信号是电路中存在的扰动与噪声。振荡电路的初始信号是电路中存在的扰动与噪声。 选频网络从扰动和噪声信号中，挑选出满足相位平选频网络从扰动和噪声信号中，挑选出满足相位平 衡条件的频率分量。衡条件的频率分量。 为了能使振荡从小到大建立起来，刚起振时，必须为

9、了能使振荡从小到大建立起来，刚起振时，必须 使反馈信号的幅度大于等效输入信号的幅度。使反馈信号的幅度大于等效输入信号的幅度。 nFA FA 21 起振条件是：起振条件是： 当幅度增大至一定值时，放大电路进入非线性区当幅度增大至一定值时，放大电路进入非线性区, , 增益增益A A随输出幅度增加而逐渐减小，最终使随输出幅度增加而逐渐减小，最终使 达到幅度平衡，振幅稳定下来。达到幅度平衡，振幅稳定下来。 1FA 可以利用放大管的非线性限幅，也可以在放大电路中可以利用放大管的非线性限幅，也可以在放大电路中 增加其他非线性元件，幅度增加时，应使增益下降。增加其他非线性元件，幅度增加时，应使增益下降。 1

10、1 A A v vo o v vf f 基本放大器基本放大器 反馈网络反馈网络F F v vi i 反馈特性反馈特性 基本放大器基本放大器 幅度特性幅度特性 v vi i， ，v vF F v vo o 振荡的建立及稳定过程振荡的建立及稳定过程 12 9.5.2 9.5.2 正弦波振荡电路的组成和分析方法正弦波振荡电路的组成和分析方法 正弦波振荡电路包括正弦波振荡电路包括: : 放大电路，放大电路，起能量转换和控制作用。起能量转换和控制作用。 反馈网络，反馈网络，保证是正反馈。保证是正反馈。 选频网络，选频网络，保证建立单一频率的振荡。保证建立单一频率的振荡。 稳幅环节，稳幅环节，稳定输出幅度

11、，减少非线形失真。稳定输出幅度，减少非线形失真。 分析方法分析方法: : 检查是否包括放大电路检查是否包括放大电路, ,反馈网络和选频网络，反馈网络和选频网络， 放大器是否有正常的交、直流通路。放大器是否有正常的交、直流通路。 检查电路是否满足相位平衡条件检查电路是否满足相位平衡条件, ,估算振荡频率估算振荡频率, , 电路的振荡频率由相位平衡条件决定。电路的振荡频率由相位平衡条件决定。 分析幅度起振条件。分析幅度起振条件。 13 9.6 RC9.6 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路 9.6.1 9.6.1 电路原理图电路原理图 9.6.2 RC9.6.2 RC串并联选频网络串并联选频网络 的

12、频率特性的频率特性 RC j RC RCj ZZ Z F jRCjC RZ jC RZ 1 )(3 1 ) 1 (3 1 1 11 / 1 0 0 0 21 2 2 1 v vo o Z Z1 1 Z Z2 2 R R C C A A R R1 1 v vf f R Rf f R R C C 14 3 )( )(3 1 0 0 2 0 0 2 arctgF FF F 相频特性 幅频特性 o F F RC ff RC 0 3 1 2 11 max 00 15 1 11 R R AFA F 起振条件起振条件 1 2 31 RR AFA F 9.2.3 9.2.3 振荡条件振荡条件 振荡平衡条件振荡

13、平衡条件 v vo o Z Z1 1 Z Z2 2 R R C C A A R R1 1 v vf f R Rf f R R C C 用用C C作频段选择，作频段选择， 调节调节R R作频率微调。作频率微调。 RC f FA FA 2 1 0, 0 0 0 振荡频率： 相位平衡条件： 1 231 3 1 1 RRAA FA F ， 幅度平衡条件： 对放大器的要求：对放大器的要求： 同相放大器同相放大器 稳定振荡时，增益等于稳定振荡时，增益等于3 3 起振时，增益大于起振时，增益大于3 3 输入阻抗高，输出阻抗低输入阻抗高，输出阻抗低 16 9.6.4 9.6.4 稳幅措施稳幅措施 1 1 用热

14、敏元件稳幅用热敏元件稳幅 用温度系数为负的热敏元件代替用温度系数为负的热敏元件代替R Rf f 。 。 V Vom om,P ,PRF RF ,T ,R ,T ,RF F,A,AV V =1+R =1+RF F/R/R1 1 或温度系数为正的热敏元件代替或温度系数为正的热敏元件代替R R1 1 。 。 2 2 场效应管稳幅场效应管稳幅 输出幅度增加时，应使放大器增益下降输出幅度增加时，应使放大器增益下降 R R5 5 R RP4 P4 A A R Rp3 p3 V VC3 C3 v vo o D D R R4 4 C C R R3 3 R R R R C C 场效应管工作在可变电场效应管工作在

15、可变电 阻区。阻区。 V Vom om,V ,VC C,V,VGS GS R RDS DS , , A AV V =1+R =1+RF F/(R/(R1 1+R+RDS DS) ) 17 例例:R:R1 1=5.1K R=5.1K R2 2=9.1K=9.1K，R R3 3=2.7K R=10K C=0.015F=2.7K R=10K C=0.015F t t v vo o 14v14v -14v-14v R R1 1 R R2 2 R R3 3 v vo o A A R R R R C C C CD D1 1 D D2 2 3 3 求当求当R R2 2=0=0时输出波形时输出波形 A AV

16、V3 33.33 v vo o增大，增大，D D1, 1,D D2 2导通， 导通， 并联等效电阻下降，并联等效电阻下降，A AV V减小。减小。 2 2 设二极管正向压降设二极管正向压降0.6V0.6V，估算，估算V Vom om。 。 稳幅时稳幅时, A, AV V=3=3， R R3 3, ,+R+R2 2=2R=2R1 1 ,R ,R3 3, ,=1.1K=1.1K 0.6/ R0.6/ R3 3, ,=V=Vom om/(R /(R3 3, ,+R+R1 1+R+R2 2), V), Vom om=8.35v =8.35v 4 R4 R2 2=时输出波形时输出波形 A AV V=，理

17、想情况下为方波，实际波形如右图。，理想情况下为方波，实际波形如右图。 18 9.7 LC9.7 LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路 LCLC振荡器用振荡器用L L、C C并联谐振电路作选频并联谐振电路作选频 网络，网络，一般用来产生一般用来产生1 1兆兆HzHz以上的高以上的高 频正弦波信号。频正弦波信号。 v v0 0 C C L L R R i iS S i iC C i iL L 谐振频率： 呈电阻性发生谐振， Z LC C LjR CL C LjR jC jLR Z 1 ) 1 () 1 ( 1 )( 0 9.3.1 LC9.3.1 LC选频放大器选频放大器 1 1 并联谐振回路特性并联

18、谐振回路特性 谐振频率谐振频率 LC f 2 1 0 19 谐振时，等效阻抗为纯电阻，谐振时，等效阻抗为纯电阻，达达ZZ的最大值。的最大值。 Z Z0 0=L/RC=L/RC 谐振回路的品质因素谐振回路的品质因素 Q=Q=0 0L/R=1/(RCL/R=1/(RC0 0) ) Z Z0 0=Q=Q2 2R R 谐振时端口电压谐振时端口电压 同相，达最大值与 SSs I RC L IZIV 00 输入电流与支路电流的关系输入电流与支路电流的关系 arctgQIQ arctgQLR I RC L jLR V I IjQjC RC L IjCVI S S L SSC 2 0 2 0 0 0 0000

19、 )( I IL LIIC C=QI=QIS S S I L I C I 20 阻抗阻抗Z Z的频率特性的频率特性 Z Z的幅频特性和相频特性的幅频特性和相频特性 具有带通特性。具有带通特性。 f=ff=f0 0时，电路为纯电阻，达最大值。时，电路为纯电阻，达最大值。 ffffff0 0时，电路呈电容性。时，电路呈电容性。 Q Q值越大，幅频特性越尖锐，选值越大，幅频特性越尖锐，选 频特性越好。相频特性越陡峭，频特性越好。相频特性越陡峭， 振荡频率越稳定。振荡频率越稳定。 )(1 )/1( / 0 0 0 R jL RC L CLjR CL Z 0 0 2 1 jQ Z Z )( 0 21 9

20、.7.2 9.7.2 变压器反馈式变压器反馈式LCLC振荡电路振荡电路 C Cg g、 、R Rg g用来产生自生栅偏压 用来产生自生栅偏压 L L R R V VDD DD C C M M C Cg g R Rg g(+)(+) (-)(-) (-)(-) (+)(+) (-)(-) (+)(+) 1,1,电路的组成及起振条件电路的组成及起振条件 r rds ds gs V Z r Zr Z V V A ds dsgs d V 1 r rds ds gsmV g M M L L R R C C d V gs V g g s s d d =g=gm mr rds ds jLR Mj V jLR

21、 V Mj V V F ds ds ds gs jLR jRCLC jLR jC Z )1 (11 2 )()1 ( )( 2 dsds V RCrLjLCrR jLR A 22 1 )()1 ( 1 2 dsds V RCrLjLCrR Mj FA 振荡的平衡条件： LC f LC rR LC LCrR ds ds 2 11 1 1 0)1 ( 2 相位平衡条件： LM RC g gr RCrL M FA m mds ds V 1 幅度平衡条件： LM RC g m 起振条件： 23 刚接通电源时，刚接通电源时，C Cg g未充电，未充电， V VGS GS=0 =0，管子的跨导最大，满足，

22、管子的跨导最大，满足 起振条件。起振条件。 起振后，栅源间起振后，栅源间PNPN结整流，当结整流，当 时间常数时间常数g g=R=Rg gC Cg g振荡周期时，振荡周期时， 电容电容C Cg g充电到栅极电压的峰值，充电到栅极电压的峰值， 为栅极和源极提供负偏压为栅极和源极提供负偏压V Vgs gs 。 。 （自生栅偏压）（自生栅偏压） 随着振幅的增长，栅源电压越随着振幅的增长，栅源电压越 负，工作点下移，负，工作点下移，g gm m减小，直到减小，直到 |AF|=1|AF|=1时，达到稳定，输出一时，达到稳定，输出一 定频率的等幅的正弦波定频率的等幅的正弦波。 i iD D i iD D

23、v vGS GS v vGS GS t t t t 利用自生栅偏压和利用自生栅偏压和 跨导的非线性稳幅。跨导的非线性稳幅。 L L R R V VDD DD C C M M C Cg g R Rg g 2 2 振荡的建立和稳定振荡的建立和稳定 24 一般原理一般原理 组成：三个电抗元件组成组成：三个电抗元件组成，三个，三个 端点分别与晶体管的三个极相连，端点分别与晶体管的三个极相连， 或运放的两个输入及输出端相连。或运放的两个输入及输出端相连。 9.7.3 9.7.3 三点式三点式LCLC振荡电路振荡电路 oFoo IjXVIjXV 21 X X1 1， ，X X2 2，X X3 3为何种性质

24、，才可产生振荡？ 为何种性质，才可产生振荡？ 由相位条件由相位条件A A+F F=2n =2n 在谐振频率处在谐振频率处A A= = 所以必须所以必须F F=（v vf f与与v vo o反相）反相） 要使要使v vf f与与v vo o反相，反相，X X1 1、X X2 2必为同种性质的电抗，必为同种性质的电抗， 又由于要形成谐振，又由于要形成谐振，X X3 3的电抗性质必与的电抗性质必与X X1 1、X X2 2相反。相反。 与发射极相连的两个电抗性质必须相同，另一个则相反与发射极相连的两个电抗性质必须相同，另一个则相反。 同理，与运放同相输入端相连的两个电抗性质必须相同。同理，与运放同相

25、输入端相连的两个电抗性质必须相同。 id V X X3 3 X X1 1 X X2 2 f V o V o I 25 1 1电感三点式电感三点式振荡电路振荡电路( (哈特莱振荡器哈特莱振荡器) ) 振荡频率振荡频率 M M V VCC CC R R1 1 R R2 2 C Ce e C CL L1 1 L L2 2 C Cb b R Re e 0 1 2 0 21 321 C MLL XXX L L1 1 v vi i v vf f v vc c L L2 2 C C M M 起振的幅度条件起振的幅度条件 只要只要A AV V足够大，适当调节足够大，适当调节 L L2 2/L/L1 1的值，可

26、实现起振。的值，可实现起振。 (+)(+) (-)(-) (+)(+) (-)(-) (+)(+) (-)(-) CMLL f CMLL )2(2 1 )2( 1 21 21 电路特点电路特点 调节频率方便，用于产生几百千调节频率方便，用于产生几百千HzHz至几十兆至几十兆HzHz的频率。的频率。 输出波形中含有较大的高次谐波，波形较差。输出波形中含有较大的高次谐波，波形较差。 26 2 2 电容三点式振荡电路（考毕兹）电容三点式振荡电路（考毕兹） 振荡频率振荡频率 起振的幅度条件起振的幅度条件 只要只要值较大，适当调节值较大，适当调节 C C2 2/C/C1 1的大小就可起振。的大小就可起振

27、。 0 11 0 21 321 CC L XXX R Re e V VCC CC R R1 1 R R2 2 C Ce e L L C C1 1 C C2 2 L LC C C Cb b C C1 1 C C2 2 L L i V f V o V (+)(+) (-)(-) (+)(+) (-)(-) (+)(+) (-)(-) )(2 1 )( 1 21 21 21 21 CC CC L f CC CC L 电路特点电路特点 反馈电压取自电容，电容对高次谐反馈电压取自电容，电容对高次谐 波阻抗很小波阻抗很小, , 反馈电压中谐波分反馈电压中谐波分 量较小，输出波形较好。量较小，输出波形较好。

28、 振荡频率很高，可达振荡频率很高，可达100MHz100MHz以上。以上。 调频不方便，用于固定频率振荡。调频不方便，用于固定频率振荡。 27 3 3 电容三点式改进型振荡电路电容三点式改进型振荡电路( (克拉泼振荡器克拉泼振荡器) ) 选取：选取：C C3 3CC1 1,C,C3 3CC2 2 3 2 1 LC fo 调节频率时反馈系数可保持恒定，调节频率时反馈系数可保持恒定， 提高振荡频率的稳定性。提高振荡频率的稳定性。 R Re e V VCC CC R R1 1 R R2 2 C Ce e L L C C1 1 C C2 2 L LC C C Cb b C C3 3 C C3 3 C

29、C1 1 C C2 2 L L i V f V o V 28 9.7.4 9.7.4 石英晶体振荡器石英晶体振荡器 1 1 正弦波频率稳定问题正弦波频率稳定问题 频率稳定度：频率稳定度： 在一定时间间隔内频率的相对变化量在一定时间间隔内频率的相对变化量f/ff/f0 0 引起频率不稳的因素有：引起频率不稳的因素有： L L、C C的变化（机械变形，环境影响的变化（机械变形，环境影响） 回路电阻的变化（负载的变化回路电阻的变化（负载的变化） 有源器件参数的变化有源器件参数的变化 谐振回路品质因素谐振回路品质因素Q Q是决定频率稳定度的重要因素。是决定频率稳定度的重要因素。 提高频率稳定度的措施：

30、提高频率稳定度的措施： 减少可产生参数变化的原因，提高回路减少可产生参数变化的原因，提高回路Q Q值。值。 29 2 2 石英晶体的基本特性与等效电路石英晶体的基本特性与等效电路 晶片的压电效应晶片的压电效应 在石英晶片的两个面间加一电场，晶片会产生机械在石英晶片的两个面间加一电场，晶片会产生机械 形变。反之，在晶片两个面间上施加机械力，则形变。反之，在晶片两个面间上施加机械力，则 在相应方向产生电场。在相应方向产生电场。 这种机电相互转换的现象称为这种机电相互转换的现象称为压电效应。压电效应。 加交变电压加交变电压机械变形振动机械变形振动产生交变电压。产生交变电压。 石英晶体的基本特性石英晶

31、体的基本特性压电效应压电效应 石英的化学成分为石英的化学成分为 siosio2 2 ，晶体呈六角锥型，具有 晶体呈六角锥型，具有 各向异性的特性。各向异性的特性。 按一定方位切下的一个薄片称晶片。按一定方位切下的一个薄片称晶片。 压电谐振：压电谐振：当外加交变电压的频率与晶片固有频当外加交变电压的频率与晶片固有频 率相等时，振幅最大。率相等时，振幅最大。 30 石英晶体等效电路石英晶体等效电路 C C R R L L C C0 0 符号符号 C C0 0：静态电容：静态电容 L L：模拟机械振动的惯性：模拟机械振动的惯性 C C：模拟晶片的弹性：模拟晶片的弹性 R R：模拟晶片振动时的：模拟晶

32、片振动时的 磨擦损耗磨擦损耗 石英晶体的电抗石英晶体的电抗- -频率特性（忽略频率特性（忽略R)R) ) 1( ) 1( 1 11 2 3 2 LC CCLCC j LCj C jC jC jL jC jX oo oo )( ) 1( 2 2 oo LCCCC LC X 31 石英晶体在并联谐振时石英晶体在并联谐振时, ,电抗为电抗为 并联谐振频率：并联谐振频率： )( ) 1( 2 2 oo LCCCC LC X f fs sffffp p：呈感性，且：呈感性，且 等效等效Q Q值很高。值很高。 ffffffp p：呈容性。：呈容性。 f=ff=fS S：呈电阻性。：呈电阻性。 o o o

33、p C C LC CC CC L f 1 2 1 2 1 LC fs 2 1 石英晶体在串联谐振时，石英晶体在串联谐振时， 电抗为电抗为0 0 ，等效为小电阻。，等效为小电阻。 串联谐振频率：串联谐振频率： X X f f 0 0 f fs sf fp p 容性容性容性容性 感性感性 电阻性电阻性 o sp C C ff1 ) sp o ff CC 32 串联谐振频率的调整串联谐振频率的调整 C CS S )( )(1 2 2 oSoS SoSo S LCCCCC CCLCCCC C XX pSS So s fff CC C LC f 1 2 1 ) 2 11( CCC So ) )(2 1

34、( So SS CC C ff )(2 SoS SS CC C f ff 频率相对频率相对 变化量：变化量： 晶振产品的标称晶振产品的标称 频率是外结电容频率是外结电容 后校正的频率。后校正的频率。 33 3 3 石英晶体振荡器石英晶体振荡器 串联型晶体振荡电路串联型晶体振荡电路 晶体工作在串联谐振频率晶体工作在串联谐振频率f fs s处，处， 利用其阻抗为纯电阻且为最小的特性来构成振荡利用其阻抗为纯电阻且为最小的特性来构成振荡 电路。电路。 并联型晶体振荡电路并联型晶体振荡电路 晶体工作在晶体工作在f fs s和和f fp p之间，之间， 利用晶体为高利用晶体为高Q Q电感，与外接电容组成并

35、联谐振电感，与外接电容组成并联谐振 回路来产生振荡。回路来产生振荡。 34 串联型晶体振荡电路串联型晶体振荡电路 R R3 3 R R6 6 V VCC CC v vo o R R1 1 R R2 2 R R4 4 R R5 5 C Ce e C Cb b 频率为串联谐振频率频率为串联谐振频率f fs s时，时， 晶体为纯电阻，满足相晶体为纯电阻，满足相 位条件，位条件， 振荡频率为振荡频率为f fs s 。 。 适当调节适当调节R R5 5的大小就可以的大小就可以 改变反馈的深度，以便改变反馈的深度，以便 获得良好的波形输出。获得良好的波形输出。 35 并联型晶体振荡器并联型晶体振荡器 当工

36、作频率在当工作频率在f fs sf fp p之间之间 时，时，晶体呈感性。晶体呈感性。 构成电容三点式振荡电路。构成电容三点式振荡电路。 振荡频率基本由晶体的固振荡频率基本由晶体的固 有频率决定。有频率决定。 R R1 1 V VCC CC R Re e R R2 2 C Ce e C C1 1 C C2 2 R RC C 石英晶体的等效石英晶体的等效Q Q值很高，振荡频率很稳定。值很高，振荡频率很稳定。 频率稳定度可高达频率稳定度可高达1010-9 -9 1010-11 -11 。 。 36 9.8 9.8 非正弦信号产生电路非正弦信号产生电路 一般情况集成一般情况集成运放开环运用或加运放开

37、环运用或加 正反馈运用。正反馈运用。 运运放工作在放工作在非线性区特点非线性区特点: : 输出电压只有两种可能输出电压只有两种可能。 当当V VP PV VN N 时时: : 运放输出达最大运放输出达最大V VOH OH 当当V VP PV VN N 时时: : 运放输出达最小运放输出达最小V VOL OL 输入电流为零。输入电流为零。 I IP P=I=IN N=0=0 虚短路不成立虚短路不成立 V VP PVVN N 9.8.1 9.8.1 比较器比较器 比较器用于将输入信号与参考电比较器用于将输入信号与参考电 压进行比较，两者相等时，输出压进行比较，两者相等时，输出 端产生电压的突变。端

38、产生电压的突变。 V VO O V VP P- -V VN N V VOH OH -V-VOL OL V VP P- -V VN N V VOH OH -V-VOL OL V VO O 37 A A V VREF REF V Vid id V Vi i V Vo o 门限电压门限电压V Vth th : : 使输出电压从一个电平跳变到另使输出电压从一个电平跳变到另 一个电平时所对应的输入电压。一个电平时所对应的输入电压。 求门限电压的方法是求门限电压的方法是: : 令令V VN N=V=VP P 如果如果V VREF REF=0 =0，为，为过零比较器。过零比较器。 输入电压加于同相端，输入电

39、压加于同相端， 为为同相比较器。同相比较器。 V Vi iVVREF REF: V : Vo o=V=VOH OH V Vi iVVREF REF: V : Vo o=V=VOL OL V Vth th=V =VREF REF v vo o v vi i V VOH OH V VOL OL V VREF REF 1 1 单门限比较器单门限比较器 传输特性传输特性 38 反相单门限比较器反相单门限比较器 v vo o v vi i V VOH OH V VOL OL V VREF REF 将将V Vi i,V,VREF REF交换位置， 交换位置， 则为反相比较器。则为反相比较器。 V Vi i

40、 V Vo o A A V VREF REF 39 例例: :下图电路中，输入波形为正下图电路中，输入波形为正 弦波，试画出输出电压的波形。弦波，试画出输出电压的波形。 V VoH oH V VoL oL t t 优点优点: :电路简单电路简单, ,灵敏度灵敏度 高高 缺点缺点: :抗干扰能力差抗干扰能力差 A A V Vid id V Vi i V Vo o R RL L R R V Vo o, , V VL L 40 v vi i 单门限比较器抗干扰能力差单门限比较器抗干扰能力差 V Vth th v vo o v vi i V Vth th v vo o 输入无干扰时输入无干扰时输入有干

41、扰时输入有干扰时 41 具有迟滞回环传输特性的具有迟滞回环传输特性的 比较器。比较器。 A A V VREF REF V Vid id V Vi i V Vo o R R2 2R R1 1 R R1 1,R,R2 2构成正反馈网络，构成正反馈网络， 使门限电压受到输出使门限电压受到输出 电压的影响。电压的影响。 2 2 迟滞比较器迟滞比较器 组成组成 门限宽度或回差电压门限宽度或回差电压 VVth th=V =Vth+ th+-V -Vth- th- =R=R2 2(V(VOH OH-V -VOL OL)/(R )/(R1 1+R+R2 2) ) 21 2 21 1 RR R V RR R V

42、V oREFP 门限电压计算 21 2 21 1 RR R V RR R VVV VV oREFthi ni 21 2 21 1 RR R V RR R VV VV OHREFth OHo 时当 21 2 21 1 RR R V RR R VV VV OLREFth OLo 时当 42 设设V Vo o=V=VOH OH 此时 此时 V Vp p=V=Vth+ th+ 输入由小变大输入由小变大 当当V Vi iVVVth+ th+时 时 V Vo o=V=VOL OL 传输特性传输特性 设设V Vo o=V=VOL OL 此时此时 V Vp p=V=Vth- th- 输入由大变小 输入由大变小

43、 当当V Vi iVVth- th-时 时 V Vo o=V=VOL OL不变 不变 当当V Vi i=V=Vth- th- 输出产生上跳变 输出产生上跳变 当当V Vi iVVth- th-时 时 V Vo o=V=VOH OH V Vth- th- V VOH OH V VOL OL V Vi i V Vo o V Vth+ th+ 输入信号加于反相端输入信号加于反相端 为反相迟滞比较器为反相迟滞比较器 A A V VREF REF V Vid id V Vi i V Vo o R R2 2R R1 1 43 同相迟滞比较器同相迟滞比较器 A A V VREF REF V Vi i V V

44、o o R R2 2R R1 1 REFoip V RR R V RR R VV 21 2 21 1 V Vth- th- V VOH OH V VOL OL V Vi i V Vo o V Vth+ th+ 1 2 1 21 R R V R RR VVV oREFthi 1 2 1 21 R R V R RR VV VV OHREFth OHo 1 2 1 21 R R V R RR VV VV OLREFth OLo 44 V Vi i V Vo o -5V-5V5V5V 10V10V -10V-10V 0 0 1.1.求门限电压求门限电压 例例:9.4.2:9.4.2 R R2 2 20

45、k 20k A A V Vi i V Vo o R R1 1 20k 20k R R3 3 10k 10k R R4 4 1k 1k V VZ Z 10V10V 2.2.传输特性传输特性 3 3 输出波形输出波形 V Vi i V Vo o t t t t 5v5v -5v-5v 10v10v -10v-10v V Vi i=V=Vp p=V=Vo oR R2 2/(R/(R1 1+R+R2 2) ) V Vth+ th+=R =R2 2V VZ Z/(R/(R1 1+R+R2 2)=5V)=5V V Vth- th-=-R =-R2 2V VZ Z/(R/(R1 1+R+R2 2)=-5V)

46、=-5V 45 9-8-2 9-8-2 方波产生电路方波产生电路( (多谐振荡器多谐振荡器) ) 1 1 矩形波产生原理矩形波产生原理 H H 具有延迟具有延迟 作用的作用的 反馈网络反馈网络 v vo o v vf f L L 开关开关 器件器件 基本组成部分基本组成部分 具有开关特性的器件具有开关特性的器件 具有延迟作用的反馈网络具有延迟作用的反馈网络 延迟时间决定振荡频率。延迟时间决定振荡频率。 振荡条件振荡条件 无论输出电压为高电平或低无论输出电压为高电平或低 电平，经过一定的延迟时间电平，经过一定的延迟时间 后，反馈电路通过开关器件后，反馈电路通过开关器件 使输出改变状态，那么就能使

47、输出改变状态，那么就能 产生周期性的振荡。产生周期性的振荡。 t t v vo o 46 2 2 方波产生电路方波产生电路 电路的构成电路的构成 R Rf f、C C电路起反馈和延迟作用，电路起反馈和延迟作用， 反相滞回比较器起开关作用。反相滞回比较器起开关作用。 反相滞回比较器的反相滞回比较器的 门限电压：门限电压： V Vth+ th+= R = R2 2V VZ Z/(R/(R1 1+R+R2 2) ) V Vth- th-= -R = -R2 2V VZ Z/(R/(R1 1+R+R2 2) ) R Rf f V Vo o R R2 2 R R1 1 A AC C A A R R2 2 C C R R1 1 R Rf f R R V VZ Z V Vo o 47 振荡周期振荡周期 设设t=0t=0时时 V Vc c=0 V=0 Vo o=V=VZ Z CR T tt VV VVtV V RR R VtV eVtV VtV f ZC ththC Zth