石英晶体振荡电路学习教案

1、会计学1石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路第一页，编辑于星期二：五点 十五分。第1页/共32页第二页，编辑于星期二：五点 十五分。石英晶体的物理特性石英晶体的物理特性 石英晶体是一种各向异性的结晶体，主要成分是二氧化硅。石英晶体是一种各向异性的结晶体，主要成分是二氧化硅。石英晶体的压电效应石英晶体的压电效应 若在晶片的两个极板间若在晶片的两个极板间加一电场加一电场，会使晶体，会使晶体产生机械变形产生机械变形；反之，若在极板间；反之，若在极板间施加机械力施加机械力，又会在相应的方向上，又会在相应的方向上产生电场产生电场。石英晶体的压电谐振石英晶体的压电谐振 当晶片两极当晶片两极加上交变电压加上交变

2、电压时，晶片就会时，晶片就会产生机械变形振荡产生机械变形振荡，同时晶片的，同时晶片的机械振荡又会产生交流电场机械振荡又会产生交流电场。当外加交变电压的频率等于晶片的固有频率（。当外加交变电压的频率等于晶片的固有频率（与晶片尺寸有关与晶片尺寸有关）时时，机械振荡幅度最大。，机械振荡幅度最大。第2页/共32页第三页，编辑于星期二：五点 十五分。OfXfsfp容容性性容容性性感性感性C Co o为静电电容，约为静电电容，约1010-12-12F F1010-11-11F F。L L模拟晶体的惯性，约模拟晶体的惯性，约1010-3-310102 2H H。C C模拟晶体的弹性，约模拟晶体的弹性，约10

3、10-14-141010-13-13F F。R R等效摩擦损耗，约几百等效摩擦损耗，约几百 。回路的回路的Q Q很大，可达很大，可达10104 410106 6。LCfs 21 ooopCCLCCCCCLf 12121 第3页/共32页第四页，编辑于星期二：五点 十五分。石英晶体振荡器有并联型晶体振荡器和串联型晶体振荡器两类。石英晶体振荡器有并联型晶体振荡器和串联型晶体振荡器两类。并联型晶体振荡器中，石英晶体以并联谐振的形式出现，起电感作用。并联型晶体振荡器中，石英晶体以并联谐振的形式出现，起电感作用。串联型晶体振荡器中，石英晶体以串联谐振的形式出现，起电阻作用。串联型晶体振荡器中，石英晶体以

4、串联谐振的形式出现，起电阻作用。第4页/共32页第五页，编辑于星期二：五点 十五分。振荡频率振荡频率CCCCCCLf 000)(212121CCCCC 其中其中CCC0 由由于于s021fLCf 第5页/共32页第六页，编辑于星期二：五点 十五分。当振荡频率等于当振荡频率等于f fS S时，晶体阻抗最小，且为纯电阻，此时正反馈最强，相移为零，电路满足自激振荡条件。时，晶体阻抗最小，且为纯电阻，此时正反馈最强，相移为零，电路满足自激振荡条件。振荡频率振荡频率s0ff 调节调节R R可改变反馈的强弱，以获得良好的正弦波。可改变反馈的强弱，以获得良好的正弦波。第6页/共32页第七页，编辑于星期二：五

5、点 十五分。第7页/共32页第八页，编辑于星期二：五点 十五分。CCOCCVvV 运算放大器工作在非线性状态下。运算放大器工作在非线性状态下。n特点：开环，特点：开环，虚短虚短不成立不成立 增益增益A0大于大于105第8页/共32页第九页，编辑于星期二：五点 十五分。n两个二极管是为了避免集成运放内部管子进入深饱和区来提高响应速度。两个二极管是为了避免集成运放内部管子进入深饱和区来提高响应速度。门限电压门限电压第9页/共32页第十页，编辑于星期二：五点 十五分。 输入为正负对称的正弦波时，输入为正负对称的正弦波时，输出为方波。输出为方波。电压传输特性电压传输特性第10页/共32页第十一页，编辑

6、于星期二：五点 十五分。电压传输特性电压传输特性第11页/共32页第十二页，编辑于星期二：五点 十五分。9.8.1 9.8.1 已知已知R Rb b=51K=51K ，R Rc c=5.1K=5.1K ， =50=50，V VCESCES00，I ICEO CEO 00，试求：试求：(1)(1)当当v vI I=1V=1V时，时，v vO O=?=?(2)(2)当当v vI I=3V=3V时，时，v vO O=? =? (3)(3)当当v vI I=5sin=5sin t(t(V)V)时，试画出时，试画出v vI I、v vO2O2和和v vO O的波形。的波形。解：解：(1)(1)当当v v

7、I I=1V=1V时，时，v vO O=0V=0V(2)(2)当当v vI I=3V=3V时，时，v vO O=6V =6V (3)(3)当当v vI I=5sin=5sin t(t(V)V)时时v vO O第12页/共32页第十三页，编辑于星期二：五点 十五分。单门限比较器的抗干扰能力单门限比较器的抗干扰能力应为高电平应为高电平错误电平错误电平第13页/共32页第十四页，编辑于星期二：五点 十五分。)( OLOPI低电平低电平时，时，Vvvv )( OHOPI高高电电平平时时，Vvvv 212211212RRVRRRVRVVVRRRVVvOHREFREFREFOHTOHO 则则设设 2122

8、11212RRVRRRVRVVVRRRVVvOLREFREFREFOLTOLO 则则当当上门限电压上门限电压下门限电压下门限电压回差电压回差电压21OLOH2TTT)(RRVVRVVV 第14页/共32页第十五页，编辑于星期二：五点 十五分。212211RRVRRRVRVVvOHREFTOHO ，212211RRVRRRVRVVvOLREFTOLO ，+VOHvIvO - -VOLOVT+ +VT- -第15页/共32页第十六页，编辑于星期二：五点 十五分。通过上述几种电压比较器的分析，可得出如下结论：通过上述几种电压比较器的分析，可得出如下结论：（1）用于电压比较器的运放，通常工作在开环或正

9、反馈状态和非线性区，其输出电压只有高电平）用于电压比较器的运放，通常工作在开环或正反馈状态和非线性区，其输出电压只有高电平VOH和低电和低电VOL两种情况。两种情况。（2）一般用电压传输特性来描述输出电压与输入电压的函数关系。）一般用电压传输特性来描述输出电压与输入电压的函数关系。（3）电压传输特性的关键要素）电压传输特性的关键要素 输出电压的高电平输出电压的高电平VOH和低电平和低电平VOL 门限电压门限电压 输出电压的跳变方向输出电压的跳变方向令令vPvN所求出的所求出的vI就是门限电压就是门限电压vI等于门限电压时输出电压发生跳变等于门限电压时输出电压发生跳变跳变方向取决于是同相输入方式

10、还是反相输入方式跳变方向取决于是同相输入方式还是反相输入方式第16页/共32页第十七页，编辑于星期二：五点 十五分。9.8.6 9.8.6 已知已知V VZ Z= = 6V6V，(1)(1)试画出该电路的电压传输特性；试画出该电路的电压传输特性；(2)(2)画出幅值为画出幅值为6 6V V正弦信号电压正弦信号电压v vi i所对应的输出电压波形。所对应的输出电压波形。31RRRF322 3vVvoZo 9V23Vv0v9V23Vv0vZooZoo 时时时时3V39V-V3V39VVTT 解：解：第17页/共32页第十八页，编辑于星期二：五点 十五分。第18页/共32页第十九页，编辑于星期二：五

11、点 十五分。第19页/共32页第二十页，编辑于星期二：五点 十五分。稳压管双向限幅稳压管双向限幅第20页/共32页第二十一页，编辑于星期二：五点 十五分。设设t=t=0 0时，时，v vC C=0=0，v vO O=+=+V VZ ZZVRRRv211 则则tOvCOvOZV ZV t当当v v- -= =v vC C= =v v+ +时，时，t1t2ZVRRRv211 则则当当v v- -= =v vC C= =v v+ +时，输出又一次跳变，时，输出又一次跳变，v vO O=+=+V VZ Z输出跳变，输出跳变，v vO O=-=-V VZ ZZVRRR211 ZVRRR211 第21页/

12、共32页第二十二页，编辑于星期二：五点 十五分。tOvCZVRRR211 ZVRRR211 OvOZV ZV tt1t2 )(ve)(v)(v) t (vCtCCC 0ZCVRRR)(v2110 ZCV)(v RC )21ln(221RRRCT 改变充放电回路的时间常数及滞回比较器的电阻，即可改变振荡周期。改变充放电回路的时间常数及滞回比较器的电阻，即可改变振荡周期。第22页/共32页第二十三页，编辑于星期二：五点 十五分。第23页/共32页第二十四页，编辑于星期二：五点 十五分。积分电路积分电路同相输入迟滞比较器同相输入迟滞比较器第24页/共32页第二十五页，编辑于星期二：五点 十五分。Ov

13、O1ZV ZV tOvOomV omV t当当v v+ += =v v- -=0=0时，滞回比较器的输出发生跳变。时，滞回比较器的输出发生跳变。o212o1211vRRRvRRRv 第25页/共32页第二十六页，编辑于星期二：五点 十五分。OvO1ZV ZV tOvOomV omV t当当v v+ += =v v- -=0=0时，时，v vO1 O1 跳变为跳变为- -V VZ Z，v vO O达到最大值达到最大值V Vomom。三角波的输出幅度三角波的输出幅度ZomVRRV21 振荡周期振荡周期241Zom444RCRRUCURT 第26页/共32页第二十七页，编辑于星期二：五点 十五分。第27页/共32页第二十八页，编辑于星期二：五点 十五分。充放电时间常数不同充放电时间常数不同第28页/共32页第二十九页，编辑于星期二：五点 十五分。O vO1ZV ZV tOvOomV omV tT1T2T第29页/共32页第三十页，编辑于星期二：五点 十五分。ZomURRU21 2W112RCRR