石英晶体振荡电路一课件

9.1滤波电路的基本概念与分类9.5正弦波振荡电路的振荡条件9.2一阶有源滤波电路9.6RC正弦波振荡电路9.7LC正弦波振荡电路9.8非正弦信号产生电路9信号处理与信号产生电路19.1滤波电路的基本概念与分类9.5正弦波振荡电路的9.1滤波电路的基本概念与分类1.基本概念滤波器：是一种能使有用频率信号通过，同时抑制或衰减无用频率信号的电子装置。有源滤波器：由有源器件构成的滤波器。滤波电路传递函数定义时，有其中——模，幅频响应——相位角，相频响应时延响应通常用幅频响应来描述一个滤波电路的特性。29.1滤波电路的基本概念与分类1.基本概念滤波器：是一2.分类低通（LPF）高通（HPF）带通（BPF）带阻（BEF）全通（APF）32.分类低通（LPF）高通（HPF）带通（BPF）带阻（B9.2一阶有源滤波电路1.低通滤波电路传递函数其中特征角频率故幅频相应为：同相比例放大系数49.2一阶有源滤波电路1.低通滤波电路传递函数其中特征2.高通滤波电路

一阶有源滤波电路通带外衰减速率慢（-20dB/十倍频程），与理想情况相差较远。一般用在对滤波要求不高的场合。低通电路中的R和C交换位置便构成高通滤波电路52.高通滤波电路一阶有源滤波电路通带外衰减速率9.3高阶有源滤波电路二、有源高通滤波电路三、有源带通滤波电路四、二阶有源带阻滤波电路一、有源低通滤波电路69.3高阶有源滤波电路二、有源高通滤波电路三、有源带通滤一、有源低通滤波电路1.二阶有源低通滤波电路2.传递函数对于滤波电路，有得滤波电路传递函数（二阶）（同相比例）7一、有源低通滤波电路1.二阶有源低通滤波电路2.传递函数令称为通带增益称为特征角频率称为等效品质因数则滤波电路才能稳定工作。注意：8令称为通带增益称为特征角频率称为等效品质因数则滤波电路才能稳用代入，可得传递函数的频率响应：幅频响应相频响应9用代入，可得传递函数的频率响应：幅3.幅频响应二阶低通路滤波电路幅频响应曲线103.幅频响应二阶低通路滤波电路幅频响应曲线104.n阶巴特沃斯传递函数传递函数为式中n为阶滤波电路阶数，

c为3dB截止角频率，A0为通带电压增益。归一化幅频响应114.n阶巴特沃斯传递函数传递函数为式中n为二、有源高通滤波电路1.二阶高通滤波电路将低通电路中的电容和电阻对换，便成为高通电路。传递函数幅频响应：12二、有源高通滤波电路1.二阶高通滤波电路将低通电路2.巴特沃斯传递函数及其归一化幅频响应归一化幅频响应132.巴特沃斯传递函数及其归一化幅频响应归一化幅频响应13三、有源带通滤波电路1.电路组成原理可由低通和高通串联得到必须满足低通截止角频率高通截止角频率14三、有源带通滤波电路1.电路组成原理可由低通和高通串联得到例15例15四、二阶有源带阻滤波电路可由低通和高通并联得到必须满足16四、二阶有源带阻滤波电路可由低通和高通并联得到必须满足16双T选频网络17双T选频网络17双T带阻滤波电路18双T带阻滤波电路18阻滤波电路的幅频特性

19阻滤波电路的幅频特性199.5正弦波振荡电路的振荡条件正反馈放大电路框图（注意与负反馈方框图的差别）1.振荡条件若环路增益则去掉仍有稳定的输出。又所以振荡条件为振幅平衡条件相位平衡条件209.5正弦波振荡电路的振荡条件正反馈放大电路框图1.起振条件2.起振和稳幅

振荡电路是单口网络，无需输入信号就能起振，起振的信号源来自何处？电路器件内部噪声以及电源接通扰动。当输出信号幅值增加到一定程度时，就要限制它继续增加，否则波形将出现失真。噪声中，满足相位平衡条件的某一频率

0的噪声信号被放大，成为振荡电路的输出信号。稳幅的作用就是，当输出信号幅值增加到一定程度时，使振幅平衡条件从回到21起振条件2.起振和稳幅振荡电路是单口网络，放大电路（包括负反馈放大电路）3.振荡电路基本组成部分反馈网络（构成正反馈的）选频网络（选择满足相位平衡条件的一个频率。经常与反馈网络合二为一。）稳幅环节22放大电路（包括负反馈放大电路）3.振荡电路基本组成部分反馈9.6RC正弦波振荡电路1.电路组成2.RC串并联选频网络的选频特性3.振荡电路工作原理4.稳幅措施239.6RC正弦波振荡电路1.电路组成2.RC串并联选1.电路组成反馈网络兼做选频网络RC桥式振荡电路241.电路组成反馈网络兼做选频网络RC桥式振荡电路24反馈系数2.RC串并联选频网络的选频特性幅频响应又且令则相频响应25反馈系数2.RC串并联选频网络的选频特性幅频响应又且令则相当幅频响应有最大值相频响应26当幅频响应有最大值相频响应263.振荡电路工作原理此时若放大电路的电压增益为用瞬时极性法判断可知，电路满足相位平衡条件则振荡电路满足振幅平衡条件当时，电路可以输出频率为的正弦波RC正弦波振荡电路一般用于产生频率低于1MHz的正弦波273.振荡电路工作原理此时若放大电路的电压增益为用采用非线性元件4.稳幅措施热敏元件热敏电阻起振时，即热敏电阻的作用稳幅28采用非线性元件4.稳幅措施热敏元件热敏电阻起振时，即热敏电采用非线性元件场效应管（JFET）稳幅原理稳幅整流滤波T：压控电阻可变电阻区，斜率随vGS不同而变化29采用非线性元件场效应管（JFET）稳幅原理稳幅整流滤波T：压采用非线性元件二极管稳幅原理稳幅起振时稳幅环节30采用非线性元件二极管稳幅原理稳幅起振时稳幅环节309.7LC正弦波振荡电路二、变压器反馈式LC振荡电路三、三点式LC振荡电路四、石英晶体振荡电路一、LC选频放大电路319.7LC正弦波振荡电路二、变压器反馈式LC振荡电路三、等效损耗电阻一般有则当

时，电路谐振。为谐振频率谐振时阻抗最大，且为纯阻性其中为品质因数同时有即1.并联谐振回路一、LC选频放大电路32等效损耗电阻一般有则当阻抗频率响应（a）幅频响应（b）相频响应33阻抗频率响应（a）幅频响应2.选频放大电路342.选频放大电路34二、变压器反馈式LC振荡电路虽然波形出现了失真，但由于LC谐振电路的Q值很高，选频特性好，所以仍能选出

0的正弦波信号。1.电路结构2.相位平衡条件3.幅值平衡条件4.稳幅5.选频通过选择高增益的场效应管和调整变压器的匝数比，可以满足使电路可以起振。BJT进入非线性区，波形出现失真，从而幅值不再增加，达到稳幅目的。（定性分析）35二、变压器反馈式LC振荡电路虽然波形出现了失真，但三、三点式LC振荡电路仍然由LC并联谐振电路构成选频网络⑴若中间点交流接地，则首端与尾端相位相反。1.三点式LC并联电路中间端的瞬时电位一定在首、尾端电位之间。三点的相位关系⑵若首端或尾端交流接地，则其他两端相位相同。36三、三点式LC振荡电路仍然由LC并联谐振电路构成选频网络⑴2.电感三点式振荡电路372.电感三点式振荡电路373.电容三点式振荡电路383.电容三点式振荡电路38四、石英晶体振荡电路Q值越高，选频特性越好，频率越稳定。1.频率稳定问题频率稳定度一般由来衡量——频率偏移量。——振荡频率。LC振荡电路Q——数百石英晶体振荡电路Q——1000050000039四、石英晶体振荡电路Q值越高，选频特性越好，频率越稳定。1.2.石英晶体的基本特性与等效电路结构极板间加电场极板间加机械力晶体机械变形晶体产生电场压电效应交变电压机械振动交变电压机械振动的固有频率与晶片尺寸有关，稳定性高当交变电压频率=固有频率时，振幅最大压电谐振402.石英晶体的基本特性与等效电路结构极板间加电场极板间加机等效电路⑴串联谐振特性晶体等效阻抗为纯阻性⑵并联谐振通常所以（a）代表符号（b）电路模型（c）电抗-频率响应特性41等效电路⑴串联谐振特性晶体等效阻抗为纯阻性⑵并联谐实际使用时外接一小电容Cs则新的谐振频率为由于由此看出调整42实际使用时外接一小电容Cs则新的谐振频率为由于由此看出调整4

end3.石英晶体振荡电路43end3.石英晶体振荡电路439.8非正弦信号产生电路二、方波产生电路三、锯齿波产生电路一、电压比较器449.8非正弦信号产生电路二、方波产生电路三、锯齿波产生电一、电压比较器，由于|vO|不可能超过VM，特点：1.单门限电压比较器（1）过零比较器开环，虚短不成立增益A0大于105（忽略了放大器输出级的饱和压降）所以当|+VCC|

=|-VCC|=VM=

15V，A0=105时，可以认为vI>0时，vOmax=+VCCvI<0时，vOmax=-VCC（过零比较器）运算放大器工作在非线性状态下-VCC≤vO≤+VCC|vI|≥45一、电压比较器，由于|vO|不可能超过VM，特点：1.特点：⑴过零比较器开环，虚短不成立增益A0大于105输入为正负对称的正弦波时，输出为方波。电压传输特性-VCC≤vO≤+VCC46特点：⑴过零比较器开环，虚短不成立增益A0大于105⑵门限电压不为零的比较器电压传输特性（门限电压为VREF）47⑵门限电压不为零的比较器电压传输特性（门限电压为VREF）4（门限电压为VREF）①

VREF＝0时②

VREF＝2V时

③

VREF＝－4V时vI为峰值6V的三角波，设±VCC＝±12V，运放为理想器件。⑵门限电压不为零的比较器48（门限电压为VREF）①VREF＝0时②VREF＝2V时解：例图示为另一种形式的单门限电压比较器，试求出其门限电压(阈值电压)VT，画出其电压传输特性。设运放输出的高、低电平分别为VOH和VOL。

利用叠加定理可得理想情况下，输出电压发生跳变时对应的vP＝vN＝0，即门限电压49解：例图示为另一种形式的单门限电压比较器，试求出其门限电压(单门限比较器的抗干扰能力应为高电平错误电平50单门限比较器的抗干扰能力应为高电平错误电平502.迟滞比较器⑴电路组成⑵门限电压门限电压上门限电压下门限电压回差电压512.迟滞比较器⑴电路组成⑵门限电压门限电压上门限电压下门限2.迟滞比较器⑶传输特性522.迟滞比较器⑶传输特性52解：⑴门限电压⑶输出电压波形例电路如图所示，试求门限电压，画出传输特性和图c所示输入信号下的输出电压波形。⑵传输特性53解：⑴门限电压⑶输出电压波形例电路如图所示，试求门限电压，画结论：⑴用于电压比较器的运放，通常工作在开环或正反馈和非线性区，其输出电压只有高电平VOH和低电平VOL两种情况。⑵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。⑶电压传输特性的关键要素输出电压的高电平VOH和低电平VOL