模拟电子技术教材十四

1、第四节 石英晶体振荡电路（简称晶振）作实际应用中，当要求振荡电路的振荡频率十分稳定时，常以石英晶体振荡器 为选频电路，构成石英晶体正弦波振荡电路。石英晶体振荡器是在石英晶片的两个对应表面喷涂上银层，引出两个电极，加上外壳封装而成，其结构、图形符号、等效电路以及特性曲线如图5-7a）、b）、c）、d）所示。由图5-7c）可见，石英晶体可以等效为电容、电感和电阻的串并联电路，它在不同的频率下分别呈现为容性、感性和纯电阻性，如图5-7d所示。a)b)d)團5-7石英醫偉振觀罂a）箱枸b）笛号小等效电歸 吐）特性曲鐵石英晶体正弦波振荡电路的形式有多种，但基本电路只有两类：1 .并联型石英晶体振荡电路由

2、图5-7d）可见，当频率f在fs和fp之间时，石英晶体的电抗X>0 ,呈电感性。因此，可用石英晶体替代电容三点式正弦波振荡电路中的电感，与电容C1和C2组成并联谐振电路，如图5-8所示。该电路的振荡频率由晶振给出的标称频率决定。2串联型石英晶体振荡电路图5-9所示电路中，晶振联接在输出级和输入级之间，为电路引入正反馈。当f=fs时，晶振发生串联谐振，其电抗X=0，呈电阻性，因此正反馈最强，电路满足自激振荡条件而产生振荡。而在其他频率下，晶振阻抗很大，且为电抗性，不满足自激振荡的相位和幅值条件，因而电路不能起振。该电路的振荡频率也由晶振给出的标称频失真又小。石英晶体仅有两根引线，安装调试方

3、便，而且特性好，容易起振，频率稳定性高，因此在 正弦波振荡器和波形发生器中得到广泛应用。第五节集成函数发生器随着大规模集成电路技术的迅速发展，人们将振荡电路与波形变换电路集成在同一硅片上，封装成组件，由于它可以输出若干不同的波形，因此称为集成函数发生器。下面简要介绍集成函数发生器ICL8038。一、ICL8038的工作原理ICL8038为大规模集成电路，它的内部电路主要有矩形波、三角波或锯齿波发生电路和三角波变正弦波电路，其内部电路结构如图5-10所示。图中，电压比较器 C1和C2的阈值电压分别为电源电压 （VCC+VEE ）的2/3和1/3,电流源11和12的大小可以通过外接电阻 R1 和

4、R2 调节，但 I2 必须大于 I1 。当触发器输出 Q 为低电平时，它控制开关 S 使电流源 I2 断 开电流源11给电容C充电，使电容电压 uc随时间增大。当uc达到电源电压的2/3时，触 发器Q的输出变为高电平，开关S接通电流源I2，由于I2大于11，因此电容C放电，使uc随时间下降。当uc下降到电源电压的1/3时，触发器Q的输出又跳变为低电平，电流源 I2断开，电容C充电，uc随时间增大。如此周而复始，形成振荡。若12=211，则触发器的另一输出端 （ 输出与 Q 输出为反相关系）输出为占空比 50%的方波。该方波经缓冲器、 三极管V以及外接集电极电阻 RL组成的反相器由管脚 9输出；

5、电容C两端的电压uc为上 升时间与下降时间相等的三角波， 经缓冲器缓冲后由管脚 3输出；同时经三角波正弦波变换 电路变换成正弦波后由管脚 2输出。缓冲器具有高的输入阻抗和低的输出阻抗， 以减轻前级 负载和提高带载能力。正弦波的失真度可以由管脚1和管脚12所外接的电阻R5和R6调节。当12<211时，电容电压uc上升时间与下降时间不等，管脚3输出为锯齿波。因此，ICL8038可以输出矩形波、三角波、正弦波和锯齿波等四种不同的波形。K 】xrK-vkka£SI 口（HCLSW昭内帥虬瞎偌剧二、典型应用ICL8038为塑封双列直插式集成电路，其引脚功能如图5-11所示。其中，引脚 8

6、为频率调节（简称调频）电压输入端，输出信号频率与该电压成正比。引脚6和引脚8之间的电压的调频电压值不应超过电源电压（VCC+VEE ）的1/3。引脚7为调频偏置电压输出端，其值（引脚6和引脚7之间的电压）是（VCC+VEE ）的1/5,它可作为引脚8的输入电压。 此外，该器件的矩形波输出级为集电极开路形式，因此一般需要在引脚 9和正电源间接一个 电阻，其值约10kQ左右。正就波去 真遵调笊T正疲SHfi出叵三角波输汨匡 _川彼卜.升调节区 三角波F障谓¥叵 Vn-T调拥備7T p- 电压输离丄ICl矩老波输岀Vi川旳他占勺电压输入S 5-11 1LLM站引抑功能图1 三角波上升和下降

7、时间调节方式三角波上升时间t1和下降时间t2可由电阻R1和R2分别进行调节，其接线如图5-12 （a）所示。由于管脚 7与管脚8短接，因此管脚3输出三角波上升时间是，下降时间是，因此振荡频率是（2-40）当R1>R2时，t1>t2，三角波变成锯齿波，方波变成矩形波；当R仁R2=R时，t1=t2，可得占空比为50%的方波和对称的三角波和正弦波，其频率为（2-41）图5-12（ b）所示电路，R1和R2之间串接一个电位器 RP,可在小范围内进行占空比微调；图5-12（c）所示电路，在共用一个电位器RP时可输出占空比为 50%的方波和对称的三角波、正弦波，但相互之间存在影响，其频率变为(

8、2-41)TTCHV«'° “CC图5-12 ICLS03S®本直用2 .压控音频振荡器如图5-13所示接线方式可构成工作频率为20Hz20kHz的压控音频图5J3压控音频握荡器第六节正弦波信号发生器的调整与测试技能训练一、训练目的1 验证RC选频网络的选频特性。2 掌握调试、测量正弦波振荡器的方法。二、所需仪器及设备双踪示波器1台；电子毫伏表1块；万用表1块；实训线路板1套。三、训练内容和步骤卩A741为8脚双列3是同相输入端；4由集成运放构成的 RC正弦波振荡器如图5-14所示。图中，集成运放 直插集成块，各管脚的功能为：管脚 1、5是调零端；2是反相

9、输入端； 是负电源端；6是输出端；7是正电源端；8是空端。0 , J u F图fi-l4RCRJ玄波振荡电路15-15 RC串并碾网络1.测量RC选频网络的参数 按照图5-15连成RC串并连网络。把函数发生器的输出端接 至网络，作为输入电压 u1;把网络的输出u2接至示波器。反复调节信号发生器的频率，直 到U2在示波器上显示最大为止。这时，再把电压信号u1接至示波器的另一输入通道，观察两者的幅度关系、相位关系。读取频率值f0并用电子毫伏表测量 u1和u2的幅值填入表5-1, 并保持信号发生器的输出频率不变，待下一步与振荡器的振荡频率作比较。频率值乔理沦频率并無输系数F相位关畚3J12.调试并测

10、量正弦波振荡电路(1) 按图5-14接线，并将稳压电源的±5V电压接入集成运放 卩A741的7端和4端，电源地端接电路地端。(2) 用双踪示波器观察振荡输出波形uo,调节电位器RP使输出为不失真正弦波。用示波器测量电路振荡频率f0并填入表5-2 ,再将函数信号发生器的原输出频率在示波器上与振荡器输出频率相比较，然后将此值与理论值进行比较。Wo feffi测试值计算值几 2nRCxlOO%（3）将V1和V2从电路中断开，观察电路现象。若uo无明显变化可调节 RP,配合V1和V2的解入与断开反复观察波形变化，将变化情况写入技能训练报告并进行分析。（4）调节RP使uo变化。用示波器监视波形不失真。用电子毫伏表测试uo有效值的最大值