課程設(shè)計(jì)LC正弦波振蕩電路與555定時(shí)器

第一節(jié)LC正弦波振蕩電路變壓器反饋式振蕩電路電容三點(diǎn)式振蕩電路LC并聯(lián)電路的選頻特性電感三點(diǎn)式振蕩電路下頁(yè)一、LC并聯(lián)電路的選頻特性當(dāng)Q

>>1

時(shí)ω0

≈

1LC或f0≈

1LC2π低頻時(shí)并聯(lián)阻抗為感性，高頻時(shí)并聯(lián)阻抗為容性，在某一中間頻率時(shí)為純阻性。令Q

=

Rω0L稱為品質(zhì)因數(shù)。RCU·LI·+-ZLC并聯(lián)電路下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)Y

=jωC+R+

jωL1ω0

=

1）（Rω0L

+

12·1LC=（ωL）（ωL）+

jωC-

RωLR2

+

2R2

+

2LC并聯(lián)電路諧振時(shí),Z0

=

Y01=RR2

+

2（ω0L）Z

=

-

jωC1(R+jωL)-

jωC1(R+jωL)+

=L/RC1+j(1

–)ω2LC1ωLR下頁(yè)上頁(yè)RCU·LI·+-ZLC并聯(lián)電路Z0=

L/

RC首頁(yè)

≈=R2（ω0L）Q21（

1+LRC）Z

≈

Z0

1+

jQ（

1

-ω2ω02）Q1LC并聯(lián)電路具有選頻特性，①在

f0

處，呈純電阻性。當(dāng)

f

<

f0

時(shí)，呈電感性；當(dāng)f

>f0

時(shí)，呈電容性。

f0≈

1LC2π

③Q

值愈大，選頻特性愈好。諧振時(shí)的阻抗值

Z0

也愈大。②f0

的數(shù)值與電路參數(shù)有關(guān)，ω|Z|ω0Z02Z01Q2Q1＞Q2結(jié)論：ωФZω0Q1Q2-900+900當(dāng)

Q

>>1

時(shí)，當(dāng)Q

>>1

時(shí)，≈·IL·IC·I·IC=Q諧振回路的外界影響可以忽略。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)二、變壓器反饋式振蕩電路振蕩頻率：f0≈

1LC2π起振條件：

β

>

MrbeR′CRLCRb1Rb2+Cb+VCCReCeL?N1?N2N3+-+Ui·Uf·+與相位相同Ui·Uf·下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)CRb1Rb2+Cb+VCCReCe?+RLL1?電感三點(diǎn)式振蕩電路L2bce123三、電感三點(diǎn)式振蕩電路Ui·Uf·-++電路滿足相位平衡條件下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)起振條件：振蕩頻率：f0=1LC2π

=1(L1+L2+

2M)C2πβ

>

R′L1

+

ML2

+

Mrbe?下頁(yè)上頁(yè)式中L為回路的總電感，即L=L1+L2+

2M其中M為L(zhǎng)1與L2之間的互感。式中R′為折合到管子集電極和發(fā)射極間的等效并聯(lián)總損耗電阻。首頁(yè)由于線圈之間耦合很緊，較易起振。改變L2/L1

的比值，可獲滿意的正弦波，且振幅較大。據(jù)經(jīng)驗(yàn)，L2

的圈數(shù)選為整個(gè)線圈的

1/8到

1/4。

具體的圈數(shù)比應(yīng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)調(diào)整來(lái)確定。2.

調(diào)節(jié)頻率方便。采用可變電容，頻率調(diào)節(jié)范圍寬。3.一般用于產(chǎn)生幾十兆赫以下的頻率。特點(diǎn)：下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)4.由于反饋電壓取自電感L2，而電感對(duì)高次諧波的阻抗較大，不能將高次諧波短路掉。因此輸出波形中有較大的高次諧波，故波形較差。5.由于此電路的輸出波形較差，且頻率穩(wěn)定度不高，因此通常用于要求不高的設(shè)備中，例如高頻加熱器、接收機(jī)的本機(jī)振蕩等。特點(diǎn)：下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)Rb1Rb2+Cb+VCCReCe+LRL電容三點(diǎn)式振蕩電路bce123RcC1C2四、電容三點(diǎn)式振蕩電路Ui·Uf·-++電路滿足相位平衡條件下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)振蕩頻率：f0≈1LC2π起振條件：

=1L2πC1C2C1

+

C2

β

>

R′rbe?C2C1下頁(yè)上頁(yè)式中R′為折合到管子集電極和發(fā)射極間的等效并聯(lián)總損耗電阻。首頁(yè)1.由于反饋電壓取自電容C2，電容對(duì)于高次諧波阻抗很小，于是反饋電壓中的諧波分量很小，所以輸出波形較好。2.因?yàn)殡娙軨1、C2的容量可以選得較小，并將放大管的極間電容也計(jì)算到C1、C2中去，因此振蕩頻率較高，一般可以達(dá)到100MHz以上。特點(diǎn)：下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)3.調(diào)節(jié)C1或C2可以改變振蕩頻率，但同時(shí)會(huì)影響起振條件，因此這種電路適于產(chǎn)生固定頻率的振蕩。如果要改變頻率，可在L兩端并聯(lián)一個(gè)可變電容.由于固定電容C1、C2的影響，頻率的調(diào)節(jié)范圍比較窄。另外也可以采用可調(diào)電感來(lái)改變頻率。通常選擇兩個(gè)電容之比為C1/

C2≤1，可通過(guò)實(shí)驗(yàn)調(diào)整來(lái)最后確定電容的比值。特點(diǎn)：下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)五、電容三點(diǎn)式改進(jìn)電路選擇參數(shù)時(shí)，C1、C2的容值較大以掩蓋極間電容變化的影響，C容值較小，即C3

<<

C1,

C3<<

C2,則可忽略C1、C2對(duì)振蕩頻率的影響。振蕩頻率上頁(yè)Rb1Rb2+Cb+VCCReCe+LRcC1C2C3首頁(yè)例:典型單聲道調(diào)頻發(fā)射電路第二節(jié)石英晶體振蕩器石英晶體振蕩電路石英晶體的基本特性和等效電路下頁(yè)總目錄在LC振蕩電路中，Q值愈大，LC并聯(lián)電路的選頻特性愈好。LC回路的Q值為可見(jiàn)，為了提高LC回路的品質(zhì)因數(shù)，應(yīng)盡量減小回路的損耗電阻，并增大L/C值。但實(shí)際上LC回路的L/C值不能無(wú)限制地增大。L/C值有一定限制。一般LC回路的Q值最高可達(dá)數(shù)百。LC振蕩電路的頻率穩(wěn)定度較低，在要求高頻率穩(wěn)定度的場(chǎng)合，往往采用高Q值的石英晶體諧振器代替一般的LC回路。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)一、石英晶體的基本特性和等效電路下頁(yè)上頁(yè)1.石英晶體的基本特性在石英晶片的兩極加上一個(gè)交變電壓，晶片將會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形振動(dòng)。相反，若使晶片發(fā)生機(jī)械振動(dòng)，則在晶片的相應(yīng)方向上將產(chǎn)生一定的交變電場(chǎng)。在一般情況下，晶片機(jī)械振動(dòng)的振幅都非常小，只有當(dāng)外加交變電壓的頻率為某一特定頻率時(shí)，振幅才會(huì)突然增大，這種現(xiàn)象稱為壓電諧振。上述特定頻率稱為晶體的固有頻率或諧振頻率。石英晶體又稱為石英諧振器。首頁(yè)下頁(yè)上頁(yè)2.石英晶體的等效電路符號(hào)RCL等效電路C0當(dāng)晶體不振動(dòng)時(shí)，可以看成是一個(gè)平板電容器C0

，稱為靜電電容。C0與晶片的幾何尺寸和電極面積有關(guān)，一般約為幾個(gè)皮法到幾十皮法。當(dāng)晶體振動(dòng)時(shí)，有一個(gè)機(jī)械振動(dòng)的慣性，用電感

L來(lái)等效，一般L值為10-3~102H。晶片的彈性一般以電容C來(lái)等效，

C值為10-2~10-1pF。晶片振動(dòng)時(shí)，因摩擦而造成的損耗用電阻R來(lái)等效，它的阻值約為102Ω的數(shù)量級(jí)。首頁(yè)下頁(yè)上頁(yè)由于晶體的等效電感L很大，而等效電容C很小，電阻R也小，因此回路的品質(zhì)因數(shù)Q很大，可達(dá)104~106，再加上晶片本身的固有頻率很穩(wěn)定，而且可做得很精確。因此，利用石英諧振器組成振蕩電路，可獲得很高的頻率穩(wěn)定性。石英諧振器有兩個(gè)諧振頻率，當(dāng)L

、C

、R支路串聯(lián)諧振時(shí)，等效電路的阻抗最小（等于R

），串聯(lián)諧振頻率為并聯(lián)諧振頻率為容性容性感性首頁(yè)二、石英晶體振蕩電路下頁(yè)上頁(yè)Rb1Rb2C1+VCCReCe+RCC2晶體1.并聯(lián)型石英晶體振蕩電路并聯(lián)型石英晶體振蕩電路利用石英晶體作為一個(gè)電感來(lái)組成選頻網(wǎng)絡(luò)，晶體工作在fs和fp之間。電路的振蕩頻率首頁(yè)上頁(yè)2.串聯(lián)型石英晶體振蕩電路Rb1Rb2+VCCRe1RCC晶體Re2Rw調(diào)節(jié)電阻Rw的大小可以改變正反饋的強(qiáng)弱，以便獲得良好的正弦波輸出。串聯(lián)型石英晶體振蕩電路利用石英晶體串聯(lián)諧振時(shí)阻抗最小的特性組成振蕩電路，晶體工作在fs處。首頁(yè)第三節(jié)555定時(shí)器及其應(yīng)用

555定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)與功能由555電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器由555電路組成的多諧振蕩器由555電路組成的施密特觸發(fā)器下頁(yè)總目錄推出下頁(yè)返回一、555定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)與功能555定時(shí)器是一種多用途的數(shù)字-模擬混合集成電路，利用它能極方便地構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。應(yīng)用領(lǐng)域：波形的產(chǎn)生和變換、測(cè)量與控制、家用電器、電子玩具等。555定時(shí)器產(chǎn)品型號(hào)繁多，但所有雙極型產(chǎn)品型號(hào)最后的3位數(shù)碼都是555，所有CMOS產(chǎn)品型號(hào)最后的4位數(shù)碼都是7555。它們的功能和外部引腳的排列完全相同。以下介紹國(guó)產(chǎn)雙極型定時(shí)器CB555的電路結(jié)構(gòu)和功能。上頁(yè)返回高電平觸發(fā)端電壓控制端低電平觸發(fā)端放電端接地端復(fù)位端電源端輸出端CB555由比較器C1和C2、基本RS觸發(fā)器和集電極開(kāi)路的放電三極管T三部分組成。下頁(yè)上頁(yè)vO5kΩ5kΩ5kΩTDG2Q'Q84356271+-C1+-C2vI1THvI2TR'vODDISCVCOG1G3G4VCC

R'D

vC2vC1VR2VR1下頁(yè)返回上頁(yè)××01低導(dǎo)通低導(dǎo)通不變不變高截止高截止111C1輸出0，C2輸出1C1輸出1，C2輸出1C1輸出1，C2輸出0C1輸出0，C2輸出0T狀態(tài)vOvI2vI1RD輸出輸入vO5kΩ5kΩ5kΩTDG2Q'Q84356271+-C1+-C2vI1THvI2TR'vODDISCVCOG1G3G4VCC

R'D

vC2vC1VR2VR1下頁(yè)返回上頁(yè)二、用555定時(shí)器接成的施密特觸發(fā)器1.電路結(jié)構(gòu)將555定時(shí)器的兩個(gè)輸入端連在一起作為信號(hào)輸入端，即可得到施密特觸發(fā)器。濾波電容，為提高VR1和VR2的穩(wěn)定性信號(hào)輸入端5627vI1vI2VR2VR10.01μFvIvO5kΩ5kΩ5kΩTDG2Q'Q8431+-C1+-C2G1G3G4VCC

vC2vC1VR1下頁(yè)返回上頁(yè)2.工作原理vOOtvIOtvo由高電平變?yōu)榈碗娖胶陀傻碗娖阶優(yōu)楦唠娖剿鶎?duì)應(yīng)的vI值不同，就形成了施密特觸發(fā)特性。5627vI1vI2VR2VR10.01μFvIvO5kΩ5kΩ5kΩTDG2Q'Q8431+-C1+-C2G1G3G4VCC

vC2vC1下頁(yè)返回上頁(yè)vIOtvOOtUT+UT-ΔUT如果參考電壓由外接電壓VCO供給，UT+=VCOUT-=1/2VCOΔUT=1/2VCO。電壓傳輸特性回差電壓仿真下頁(yè)返回上頁(yè)三、用555定時(shí)器接成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1.電路結(jié)構(gòu)觸發(fā)信號(hào)的輸入端沒(méi)有觸發(fā)信號(hào)時(shí)vI處于高電平，穩(wěn)態(tài)時(shí)vc1=vc2=1、Q=0，vo=0。vIvC0.01μFCR5627vO5kΩ5kΩ5kΩTDG2Q'Q8431+-C1+-C2G1G3G4VCC

vC2vC1下頁(yè)返回上頁(yè)2/3VCC

twvCOtvIOtvOOt2.工作原理通常tw的范圍為幾微秒到幾分鐘。但隨著tw的寬度增加它的精度和穩(wěn)定度也將下降。vIvC0.01μFCR5627vO5kΩ5kΩ5kΩTDG2Q'Q8431+-C1+-C2G1G3G4VCC

vC2vC1下頁(yè)返回上頁(yè)觸發(fā)脈沖的寬度要小于tw觸發(fā)負(fù)脈沖應(yīng)在vC上升到2/3VCC之前回到高電平。2/3VCC

twvCOtvIOtvOOtvIvC0.01μFCR5627vO5kΩ5kΩ5kΩTDG2Q'Q8431+-C1+-C2G1G3G4VCC

vC2vC1仿真vIvC0.01μFCR5627vO5kΩ5kΩ5kΩTDG2Q'Q8431+-C1+-C2G1G3G4VCC

vC2vC1下頁(yè)返回上頁(yè)應(yīng)用舉例動(dòng)畫下頁(yè)返回上頁(yè)四、用555定時(shí)器接成的多諧振蕩器vOOtvCOttp2tp1充電回路：VCC→R1→R2→C→地。放電回路：C→R2→T→地。vC0.01μFCR15627vO5kΩ5kΩ5kΩTDG2Q'Q8431+-C1+-C2G1G3G4VCC

vC2vC1R2下頁(yè)返回上頁(yè)vOOtvCOttp1tp2振蕩周期和振蕩頻率振蕩周期振蕩頻率占空比用CB555定時(shí)器組成的振蕩器，最高工作頻率可達(dá)500kHz。下頁(yè)返回上頁(yè)占空比可調(diào)的多諧振蕩器R'1R'2充電回路：VCC→R‘1→D1→C→地。放電回路：C→D2→R‘2→T→地。占空比84721563555R2R1RPD2D1C0.01μFvOVCC仿真上頁(yè)返回應(yīng)用舉例(Ⅰ)、(Ⅱ)均為多諧振蕩電路，當(dāng)vo1輸出高電平時(shí)(Ⅱ)振蕩，vo2輸出矩形脈沖，當(dāng)vo1輸出低電平時(shí)(Ⅱ)被置0，vo2輸出低電平。84721563555R12R11C10.01μFvO1VCC84721563555R22R21C20.01μFvO2(Ⅰ)(Ⅱ)仿真下頁(yè)返回上頁(yè)對(duì)稱式多諧振蕩器假定由于某種原因使vI1有微小的正跳變，則必然會(huì)引起如下的正反饋過(guò)程使vO1迅速跳變?yōu)榈碗娖?、vO2迅速跳變?yōu)楦唠娖?，電路進(jìn)入第一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。同時(shí)電容C1開(kāi)始充電而C2開(kāi)始放電。RF1G1G2vI2vI1vO1C1vORF2C2vO1vI1vO2vI2下頁(yè)返回上頁(yè)C1充電速度較快，vI2首先上升到G2的閾值電壓VTH，并引起如下的正反饋過(guò)程使vO2迅速跳變至低電平、vO1迅速跳變?yōu)楦唠娖?，電路進(jìn)入第二個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。同時(shí)電容C2開(kāi)始充電而C1開(kāi)始放電。RF1G1G2vI2vI1vO1C1vORF2C2vO2vI2vO1vI1下頁(yè)返回上頁(yè)vO2OtvI2OtOtvO1vI1OtVTHVTH在RF1=RF2=RF、

C1=C2=C的條件下，VIKVIK非對(duì)稱式多諧振蕩器一、工作原理（CMOS）二、電壓波形下頁(yè)返回上頁(yè)

RC環(huán)形多諧振蕩器vI3OtvO2OtvI2OtvO1vI1OtvO