课程设计LC正弦波振荡电路与555定时器

第一节LC正弦波振荡电路变压器反馈式振荡电路电容三点式振荡电路LC并联电路的选频特性电感三点式振荡电路下页一、LC并联电路的选频特性当Q

>>1

时ω0

≈

1LC或f0≈

1LC2π低频时并联阻抗为感性，高频时并联阻抗为容性，在某一中间频率时为纯阻性。令Q

=

Rω0L称为品质因数。RCU·LI·+-ZLC并联电路下页上页首页Y

=jωC+R+

jωL1ω0

=

1）（Rω0L

+

12·1LC=（ωL）（ωL）+

jωC-

RωLR2

+

2R2

+

2LC并联电路谐振时,Z0

=

Y01=RR2

+

2（ω0L）Z

=

-

jωC1(R+jωL)-

jωC1(R+jωL)+

=L/RC1+j(1

–)ω2LC1ωLR下页上页RCU·LI·+-ZLC并联电路Z0=

L/

RC首页

≈=R2（ω0L）Q21（

1+LRC）Z

≈

Z0

1+

jQ（

1

-ω2ω02）Q1LC并联电路具有选频特性，①在

f0

处，呈纯电阻性。当

f

<

f0

时，呈电感性；当f

>f0

时，呈电容性。

f0≈

1LC2π

③Q

值愈大，选频特性愈好。谐振时的阻抗值

Z0

也愈大。②f0

的数值与电路参数有关，ω|Z|ω0Z02Z01Q2Q1＞Q2结论：ωФZω0Q1Q2-900+900当

Q

>>1

时，当Q

>>1

时，≈·IL·IC·I·IC=Q谐振回路的外界影响可以忽略。下页上页首页二、变压器反馈式振荡电路振荡频率：f0≈

1LC2π起振条件：

β

>

MrbeR´CRLCRb1Rb2+Cb+VCCReCeL•N1•N2N3+-+Ui·Uf·+与相位相同Ui·Uf·下页上页首页CRb1Rb2+Cb+VCCReCe•+RLL1•电感三点式振荡电路L2bce123三、电感三点式振荡电路Ui·Uf·-++电路满足相位平衡条件下页上页首页起振条件：振荡频率：f0=1LC2π

=1(L1+L2+

2M)C2πβ

>

R´L1

+

ML2

+

Mrbe•下页上页式中L为回路的总电感，即L=L1+L2+

2M其中M为L1与L2之间的互感。式中R´为折合到管子集电极和发射极间的等效并联总损耗电阻。首页由于线圈之间耦合很紧，较易起振。改变L2/L1

的比值，可获满意的正弦波，且振幅较大。据经验，L2

的圈数选为整个线圈的

1/8到

1/4。

具体的圈数比应通过实验调整来确定。2.

调节频率方便。采用可变电容，频率调节范围宽。3.一般用于产生几十兆赫以下的频率。特点：下页上页首页4.由于反馈电压取自电感L2，而电感对高次谐波的阻抗较大，不能将高次谐波短路掉。因此输出波形中有较大的高次谐波，故波形较差。5.由于此电路的输出波形较差，且频率稳定度不高，因此通常用于要求不高的设备中，例如高频加热器、接收机的本机振荡等。特点：下页上页首页Rb1Rb2+Cb+VCCReCe+LRL电容三点式振荡电路bce123RcC1C2四、电容三点式振荡电路Ui·Uf·-++电路满足相位平衡条件下页上页首页振荡频率：f0≈1LC2π起振条件：

=1L2πC1C2C1

+

C2

β

>

R´rbe•C2C1下页上页式中R´为折合到管子集电极和发射极间的等效并联总损耗电阻。首页1.由于反馈电压取自电容C2，电容对于高次谐波阻抗很小，于是反馈电压中的谐波分量很小，所以输出波形较好。2.因为电容C1、C2的容量可以选得较小，并将放大管的极间电容也计算到C1、C2中去，因此振荡频率较高，一般可以达到100MHz以上。特点：下页上页首页3.调节C1或C2可以改变振荡频率，但同时会影响起振条件，因此这种电路适于产生固定频率的振荡。如果要改变频率，可在L两端并联一个可变电容.由于固定电容C1、C2的影响，频率的调节范围比较窄。另外也可以采用可调电感来改变频率。通常选择两个电容之比为C1/

C2≤1，可通过实验调整来最后确定电容的比值。特点：下页上页首页五、电容三点式改进电路选择参数时，C1、C2的容值较大以掩盖极间电容变化的影响，C容值较小，即C3

<<

C1,

C3<<

C2,则可忽略C1、C2对振荡频率的影响。振荡频率上页Rb1Rb2+Cb+VCCReCe+LRcC1C2C3首页例:典型单声道调频发射电路第二节石英晶体振荡器石英晶体振荡电路石英晶体的基本特性和等效电路下页总目录在LC振荡电路中，Q值愈大，LC并联电路的选频特性愈好。LC回路的Q值为可见，为了提高LC回路的品质因数，应尽量减小回路的损耗电阻，并增大L/C值。但实际上LC回路的L/C值不能无限制地增大。L/C值有一定限制。一般LC回路的Q值最高可达数百。LC振荡电路的频率稳定度较低，在要求高频率稳定度的场合，往往采用高Q值的石英晶体谐振器代替一般的LC回路。下页上页首页一、石英晶体的基本特性和等效电路下页上页1.石英晶体的基本特性在石英晶片的两极加上一个交变电压，晶片将会产生机械变形振动。相反，若使晶片发生机械振动，则在晶片的相应方向上将产生一定的交变电场。在一般情况下，晶片机械振动的振幅都非常小，只有当外加交变电压的频率为某一特定频率时，振幅才会突然增大，这种现象称为压电谐振。上述特定频率称为晶体的固有频率或谐振频率。石英晶体又称为石英谐振器。首页下页上页2.石英晶体的等效电路符号RCL等效电路C0当晶体不振动时，可以看成是一个平板电容器C0

，称为静电电容。C0与晶片的几何尺寸和电极面积有关，一般约为几个皮法到几十皮法。当晶体振动时，有一个机械振动的惯性，用电感

L来等效，一般L值为10-3~102H。晶片的弹性一般以电容C来等效，

C值为10-2~10-1pF。晶片振动时，因摩擦而造成的损耗用电阻R来等效，它的阻值约为102Ω的数量级。首页下页上页由于晶体的等效电感L很大，而等效电容C很小，电阻R也小，因此回路的品质因数Q很大，可达104~106，再加上晶片本身的固有频率很稳定，而且可做得很精确。因此，利用石英谐振器组成振荡电路，可获得很高的频率稳定性。石英谐振器有两个谐振频率，当L

、C

、R支路串联谐振时，等效电路的阻抗最小（等于R

），串联谐振频率为并联谐振频率为容性容性感性首页二、石英晶体振荡电路下页上页Rb1Rb2C1+VCCReCe+RCC2晶体1.并联型石英晶体振荡电路并联型石英晶体振荡电路利用石英晶体作为一个电感来组成选频网络，晶体工作在fs和fp之间。电路的振荡频率首页上页2.串联型石英晶体振荡电路Rb1Rb2+VCCRe1RCC晶体Re2Rw调节电阻Rw的大小可以改变正反馈的强弱，以便获得良好的正弦波输出。串联型石英晶体振荡电路利用石英晶体串联谐振时阻抗最小的特性组成振荡电路，晶体工作在fs处。首页第三节555定时器及其应用

555定时器的电路结构与功能由555电路组成的单稳态触发器由555电路组成的多谐振荡器由555电路组成的施密特触发器下页总目录推出下页返回一、555定时器的电路结构与功能555定时器是一种多用途的数字-模拟混合集成电路，利用它能极方便地构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。应用领域：波形的产生和变换、测量与控制、家用电器、电子玩具等。555定时器产品型号繁多，但所有双极型产品型号最后的3位数码都是555，所有CMOS产品型号最后的4位数码都是7555。它们的功能和外部引脚的排列完全相同。以下介绍国产双极型定时器CB555的电路结构和功能。上页返回高电平触发端电压控制端低电平触发端放电端接地端复位端电源端输出端CB555由比较器C1和C2、基本RS触发器和集电极开路的放电三极管T三部分组成。下页上页vO5kΩ5kΩ5kΩTDG2Q'Q84356271+-C1+-C2vI1THvI2TR'vODDISCVCOG1G3G4VCC

R'D

vC2vC1VR2VR1下页返回上页××01低导通低导通不变不变高截止高截止111C1输出0，C2输出1C1输出1，C2输出1C1输出1，C2输出0C1输出0，C2输出0T状态vOvI2vI1RD输出输入vO5kΩ5kΩ5kΩTDG2Q'Q84356271+-C1+-C2vI1THvI2TR'vODDISCVCOG1G3G4VCC

R'D

vC2vC1VR2VR1下页返回上页二、用555定时器接成的施密特触发器1.电路结构将555定时器的两个输入端连在一起作为信号输入端，即可得到施密特触发器。滤波电容，为提高VR1和VR2的稳定性信号输入端5627vI1vI2VR2VR10.01μFvIvO5kΩ5kΩ5kΩTDG2Q'Q8431+-C1+-C2G1G3G4VCC

vC2vC1VR1下页返回上页2.工作原理vOOtvIOtvo由高电平变为低电平和由低电平变为高电平所对应的vI值不同，就形成了施密特触发特性。5627vI1vI2VR2VR10.01μFvIvO5kΩ5kΩ5kΩTDG2Q'Q8431+-C1+-C2G1G3G4VCC

vC2vC1下页返回上页vIOtvOOtUT+UT-ΔUT如果参考电压由外接电压VCO供给，UT+=VCOUT-=1/2VCOΔUT=1/2VCO。电压传输特性回差电压仿真下页返回上页三、用555定时器接成的单稳态触发器1.电路结构触发信号的输入端没有触发信号时vI处于高电平，稳态时vc1=vc2=1、Q=0，vo=0。vIvC0.01μFCR5627vO5kΩ5kΩ5kΩTDG2Q'Q8431+-C1+-C2G1G3G4VCC

vC2vC1下页返回上页2/3VCC

twvCOtvIOtvOOt2.工作原理通常tw的范围为几微秒到几分钟。但随着tw的宽度增加它的精度和稳定度也将下降。vIvC0.01μFCR5627vO5kΩ5kΩ5kΩTDG2Q'Q8431+-C1+-C2G1G3G4VCC

vC2vC1下页返回上页触发脉冲的宽度要小于tw触发负脉冲应在vC上升到2/3VCC之前回到高电平。2/3VCC

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

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

vC2vC1下页返回上页应用举例动画下页返回上页四、用555定时器接成的多谐振荡器vOOtvCOttp2tp1充电回路：VCC→R1→R2→C→地。放电回路：C→R2→T→地。vC0.01μFCR15627vO5kΩ5kΩ5kΩTDG2Q'Q8431+-C1+-C2G1G3G4VCC

vC2vC1R2下页返回上页vOOtvCOttp1tp2振荡周期和振荡频率振荡周期振荡频率占空比用CB555定时器组成的振荡器，最高工作频率可达500kHz。下页返回上页占空比可调的多谐振荡器R'1R'2充电回路：VCC→R‘1→D1→C→地。放电回路：C→D2→R‘2→T→地。占空比84721563555R2R1RPD2D1C0.01μFvOVCC仿真上页返回应用举例(Ⅰ)、(Ⅱ)均为多谐振荡电路，当vo1输出高电平时(Ⅱ)振荡，vo2输出矩形脉冲，当vo1输出低电平时(Ⅱ)被置0，vo2输出低电平。84721563555R12R11C10.01μFvO1VCC84721563555R22R21C20.01μFvO2(Ⅰ)(Ⅱ)仿真下页返回上页对称式多谐振荡器假定由于某种原因使vI1有微小的正跳变，则必然会引起如下的正反馈过程使vO1迅速跳变为低电平、vO2迅速跳变为高电平，电路进入第一个暂稳态。同时电容C1开始充电而C2开始放电。RF1G1G2vI2vI1vO1C1vORF2C2vO1vI1vO2vI2下页返回上页C1充电速度较快，vI2首先上升到G2的阈值电压VTH，并引起如下的正反馈过程使vO2迅速跳变至低电平、vO1迅速跳变为高电平，电路进入第二个暂稳态。同时电容C2开始充电而C1开始放电。RF1G1G2vI2vI1vO1C1vORF2C2vO2vI2vO1vI1下页返回上页vO2OtvI2OtOtvO1vI1OtVTHVTH在RF1=RF2=RF、

C1=C2=C的条件下，VIKVIK非对称式多谐振荡器一、工作原理（CMOS）二、电压波形下页返回上页

RC环形多谐振荡器vI3OtvO2OtvI2OtvO1vI1OtvO