石英晶體振蕩電路

9.7.4石英晶體振蕩電路當(dāng)前1頁，總共32頁。正弦波振蕩器的頻率穩(wěn)定問題頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定度一般用一段時(shí)間內(nèi)頻率的相對(duì)變化量來表示。影響振蕩頻率的主要因素影響振蕩頻率的主要因素主要是LC并聯(lián)回路的參數(shù)L、C和R對(duì)品質(zhì)因數(shù)Q的影響，Q值越高，選頻特性越好，頻率越穩(wěn)定。LC振蕩電路的Q為數(shù)百，石英晶體振蕩電路的Q為104106提高頻率穩(wěn)定度的措施提高頻率穩(wěn)定度的措施是盡量減小R并加大L/C值。在要求頻率穩(wěn)定度很高的場(chǎng)合，采用石英晶體振蕩器。當(dāng)前2頁，總共32頁。石英晶體的基本特性石英晶體的物理特性石英晶體是一種各向異性的結(jié)晶體，主要成分是二氧化硅。石英晶體的壓電效應(yīng)

若在晶片的兩個(gè)極板間加一電場(chǎng)，會(huì)使晶體產(chǎn)生機(jī)械變形；反之，若在極板間施加機(jī)械力，又會(huì)在相應(yīng)的方向上產(chǎn)生電場(chǎng)。石英晶體的壓電諧振

當(dāng)晶片兩極加上交變電壓時(shí)，晶片就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形振蕩，同時(shí)晶片的機(jī)械振蕩又會(huì)產(chǎn)生交流電場(chǎng)。當(dāng)外加交變電壓的頻率等于晶片的固有頻率（與晶片尺寸有關(guān)）時(shí)，機(jī)械振蕩幅度最大。當(dāng)前3頁，總共32頁。OfXfsfp容性容性感性石英晶體的等效電路Co為靜電電容，約10-12F～10-11F。L模擬晶體的慣性，約10-3～102H。C模擬晶體的彈性，約10-14～10-13F。R等效摩擦損耗，約幾百?；芈返腝很大，可達(dá)104～106。當(dāng)前4頁，總共32頁。石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器有并聯(lián)型晶體振蕩器和串聯(lián)型晶體振蕩器兩類。并聯(lián)型晶體振蕩器中，石英晶體以并聯(lián)諧振的形式出現(xiàn)，起電感作用。串聯(lián)型晶體振蕩器中，石英晶體以串聯(lián)諧振的形式出現(xiàn)，起電阻作用。當(dāng)前5頁，總共32頁。振蕩頻率一、并聯(lián)型石英晶體振蕩電路當(dāng)前6頁，總共32頁。當(dāng)振蕩頻率等于fS時(shí)，晶體阻抗最小，且為純電阻，此時(shí)正反饋?zhàn)顝?qiáng)，相移為零，電路滿足自激振蕩條件。振蕩頻率調(diào)節(jié)R可改變反饋的強(qiáng)弱，以獲得良好的正弦波。二、串聯(lián)型石英晶體振蕩電路當(dāng)前7頁，總共32頁。9.8非正弦信號(hào)產(chǎn)生電路非正弦信號(hào)產(chǎn)生電路有方波產(chǎn)生電路、三角波產(chǎn)生電路、鋸齒波產(chǎn)生電路等。當(dāng)前8頁，總共32頁。9.8.1電壓比較器電壓比較器是一種用來比較輸入信號(hào)vi和參考電壓VREF的電路。運(yùn)算放大器工作在非線性狀態(tài)下。特點(diǎn)：開環(huán)，虛短不成立增益A0大于105當(dāng)前9頁，總共32頁。單門限電壓比較器當(dāng)vID=vi-VREF＜0時(shí)，運(yùn)放處于負(fù)飽和狀態(tài)，vo=VOL；當(dāng)vID=vi-VREF＞0時(shí)，運(yùn)放轉(zhuǎn)入正飽和狀態(tài)，vo=VOＨ；兩個(gè)二極管是為了避免集成運(yùn)放內(nèi)部管子進(jìn)入深飽和區(qū)來提高響應(yīng)速度。門限電壓當(dāng)前10頁，總共32頁。輸入為正負(fù)對(duì)稱的正弦波時(shí)，輸出為方波。電壓傳輸特性（1）過零比較器當(dāng)前11頁，總共32頁。電壓傳輸特性（2）門限電壓不為零的比較器當(dāng)前12頁，總共32頁。9.8.1已知Rb=51K，Rc=5.1K，=50，VCES≈0，ICEO≈0，試求：(1)當(dāng)vI=1V時(shí)，vO=?(2)當(dāng)vI=3V時(shí)，vO=?(3)當(dāng)vI=5sint(V)時(shí)，試畫出vI、vO2和vO的波形。解：(1)當(dāng)vI=1V時(shí)，vO=0V(2)當(dāng)vI=3V時(shí)，vO=6V(3)當(dāng)vI=5sint(V)時(shí)vO當(dāng)前13頁，總共32頁。單門限比較器的抗干擾能力應(yīng)為高電平錯(cuò)誤電平當(dāng)前14頁，總共32頁。遲滯比較器上門限電壓下門限電壓回差電壓當(dāng)前15頁，總共32頁。傳輸特性+VOHvIvO-VOLOVT+VT-當(dāng)前16頁，總共32頁。通過上述幾種電壓比較器的分析，可得出如下結(jié)論：（1）用于電壓比較器的運(yùn)放，通常工作在開環(huán)或正反饋狀態(tài)和非線性區(qū)，其輸出電壓只有高電平VOH和低電VOL兩種情況。（2）一般用電壓傳輸特性來描述輸出電壓與輸入電壓的函數(shù)關(guān)系。（3）電壓傳輸特性的關(guān)鍵要素

輸出電壓的高電平VOH和低電平VOL

門限電壓輸出電壓的跳變方向令vP＝vN所求出的vI就是門限電壓vI等于門限電壓時(shí)輸出電壓發(fā)生跳變跳變方向取決于是同相輸入方式還是反相輸入方式當(dāng)前17頁，總共32頁。9.8.6已知VZ=6V，(1)試畫出該電路的電壓傳輸特性；(2)畫出幅值為6V正弦信號(hào)電壓vi所對(duì)應(yīng)的輸出電壓波形。解：當(dāng)前18頁，總共32頁。集成電壓比較器集成電壓比較器比集成運(yùn)算放大器的開環(huán)增益低、失調(diào)電壓大、共模抑制比小，因而它的靈敏度往往不如用集成運(yùn)算放大器構(gòu)成的比較器高，但由于集成電壓比較器通常工作在兩種狀態(tài)之一，因此不需要頻率補(bǔ)償電容，也就不存在像集成運(yùn)算放大器那樣因加入補(bǔ)償電容引起轉(zhuǎn)換速率受限。根據(jù)輸出方式不同，集成電壓比較器可分為普通、集電極開路輸出或互補(bǔ)輸出三種情況。當(dāng)前19頁，總共32頁。9.8.2方波產(chǎn)生電路當(dāng)前20頁，總共32頁。一、電路組成穩(wěn)壓管雙向限幅當(dāng)前21頁，總共32頁。設(shè)t=0時(shí)，vC=0，vO=+VZtOvCOvOt當(dāng)v-=vC=v+時(shí)，t1t2當(dāng)v-=vC=v+時(shí)，輸出又一次跳變，vO=+VZ輸出跳變，vO=-VZ二、工作原理當(dāng)前22頁，總共32頁。tOvCOvOtt1t2三、振蕩周期改變充放電回路的時(shí)間常數(shù)及滯回比較器的電阻，即可改變振蕩周期。當(dāng)前23頁，總共32頁。9.8.3三角波產(chǎn)生電路當(dāng)前24頁，總共32頁。一、電路組成積分電路同相輸入遲滯比較器當(dāng)前25頁，總共32頁。OvO1tOvOt當(dāng)v+=v-=0時(shí)，滯回比較器的輸出發(fā)生跳變。二、工作原理當(dāng)前26頁，總共32頁。OvO1tOvOt三、輸出幅度和振蕩周期當(dāng)v+=v-=0時(shí)，vO1跳變?yōu)?VZ，vO達(dá)到最大值Vom。三角波的輸出幅度振蕩周期當(dāng)前27頁，總共32頁。9.8.3鋸齒波產(chǎn)生電路當(dāng)前28頁，總共32頁。一、電路組成充放電時(shí)間常數(shù)不同當(dāng)前29頁，總共32頁。OvO1tOv