实用模拟电子技术教程第章电子课件3

实用模拟电子技术教程主编：徐正惠副主编：刘希真张小冰第三篇模拟集成电路及其应用本篇介绍集成电路和模拟集成电路的分类、命名方法、封装方式等基本常识。在此基础上重点介绍集成运算放大电路、集成稳压电路、集成信号测量电路、集成仪表放大电路、集成功率放大电路、集成信号发生电路等。通过介绍和讨论，要求掌握或了解相关集成电路常用的型号、外型、封装、功能、主要性能指标和典型应用电路。要求掌握常用模拟集成电路应用电路的设计方法。第16章集成信号发生电路

第三篇模拟集成电路及其应用学习要求：掌握正弦波振荡电路的组成和起振条件；掌握正弦波振荡电路的分类，以及各类振荡电路的优缺点；学会识读变压器反馈式、电感反馈式、电容反馈式振荡电路，用瞬时极性判别法分析其形成正反馈的原理；正确找出各个电路的选频环节；掌握石英振荡电路的工作原理；了解函数发生器电路ICL8038的主要性能，读懂其典型的应用电路。16.1正弦波发生电路的组成和起振条件第16章集成信号发生电路在许多控制或测量电路中，经常要用到各种波形的信号，例如正弦波、方波、矩形波、三角波、锯齿波等，这些信号需要通过特定的电路来产生。能产生这些波形信号的电路称为波形发生电路，也称波形发生器。按照所产生波形的不同，波形发生电路可以分为两大类：正弦波发生电路和非正弦波发生电路，正弦波发生电路也称正弦波振荡器。我们首先讨论正弦波发生电路。16.1.1正弦波振荡的条件16.1正弦波发生电路的组成和起振条件正弦波发生电路是在没有外加输入信号的情况下，自行产生正弦波输出的电路。我们讨论这种能自行输出正弦波信号的电路应该满足怎么样的条件。1、必须含有放大电路首先，这种电路必须包含有放大电路。有了放大电路，只要电路中存在微弱的正弦波信号，经过放大电路的放大，就可以使该电路产生正弦波信号输出，如图所示。16.1.1正弦波振荡的条件16.1正弦波发生电路的组成和起振条件2、必须存在正反馈和反馈网络光依靠放大电路显然不能构成正弦波发生电路，因为只有正弦波信号输入时，放大电路才会产生正弦波输出，而该输入正弦波正是我们需要产生的。如果电路中存在下图所示正反馈，情况就会发生变化。图Xi表示正弦波输入信号，X0表示正弦波输出，A为放大电路，F为反馈网络，Xd表示放大电路的净输入电压。16.1正弦波发生电路的组成和起振条件正反馈如何形成自激振荡？假设初始时刻有一个正弦波电压Xi输入，经过放大，输出正弦波信号X0，输出信号经反馈网络形成反馈信号Xf，通过正反馈，X0↑→Xf↑→Xd↑→X0↑→Xd↑，Xd增加到一定的程度，即使将输入信号Xi撤去，电路照样有正弦波信号输出。可见，引入正反馈后，只要有一个初始正弦振荡，通过正反馈，就可以在输出端得到正弦信号输出。电路中总存在某种扰动，这种扰动即可成为初始振荡，但这种初始振荡并不是正弦波，为此，还需要“选频网络”

16.1正弦波发生电路的组成和起振条件3、必须包含选频网络选频网络的作用是使正反馈过程仅对某一确定的频率有效，因此，只有这个频率的信号能在输出端形成输出，这样，就可以得到正弦波信号输出。多数信号发生电路做法是将反馈网络和选频网络“合二为一”，使反馈网络具有选频的功能，即反馈网络只对某一确定频率的信号有最大的反馈系数，偏离这一频率的信号，其反馈系数大大下降，正反馈的结果，输出端输出的就是正弦波信号。4、还必须有稳幅的环节幅度的环节，通常的做法是利用放大电路的非线性。由于放大电路元器件非线性的限制，X0达到一定的幅度后，电压放大倍数A的数值将降低，输出电压X0、反馈电压Xf和净输入电压Xd最后都将维持一个稳定的数值不变，电路达到动态平衡。16.1正弦波发生电路的组成和起振条件起振条件可以证明，电路自激振荡达到动态平衡时，放大倍数和反馈系数应满足关系：上式包含两层意思：其一，平衡时放大倍数和反馈系数大小的乘积等于1，其二，反馈信号和放大电路输出信号位相相同（或相差2π的整数倍）。为了使输出信号从电路接通电源开始有一个从小到大，直至达到平衡的过程，电路的起振条件为：16.1.2正弦波振荡电路的组成和分类根据上述分析，正弦波振荡电路的组成如下图所示。电路由放大电路A和反馈、选频网络组成，在分立元件组成的正弦波发生电路中，放大电路中晶体管依靠其非线性，同时起着稳幅的作用；反馈选频网络即起选频的作用，同时产生正反馈信号，形成电路的正反馈。正弦波振荡电路组成组成：16.1.2正正弦弦波波振振荡荡电电路路的的组组成成和和分分类类分类类：：按照照反反馈馈、、选选频频网网络络的的不不同同，，正正弦弦波波振振荡荡电电路路可可以以分分为为三三类类：：1、、反反馈馈、、选选频频网网络络由由电电阻阻和和电电容容组组成成的的，，称称为为RC正正弦弦波波振振荡荡电电路路；；2、、反反馈馈、、选选频频网网络络由由电电感感和和电电容容组组成成的的，，称称为为LC振振荡荡电电路路；；3、、由由石石英英晶晶体体选选频频的的，，称称为为石石英英晶晶体体振振荡荡电电路路。。RC正正弦弦波波振振荡荡电电路路的的振振荡荡频频率率比比较较低低，，一一般般在在1MHz以以下下；；LC正正弦弦波波振振荡荡电电路路的的振振荡荡频频率率，，一一般般在在1MHz以以上上；；石石英英晶晶体体振振荡荡电电路路等等效效于于LC振振荡荡电电路路，，与与LC振振荡荡电电路路相相比比，，其其突突出出的的优优点点是是振振荡荡频频率率非非常常稳稳定定。。16.1.3正正弦弦波波振振荡荡电电路路识识读读方方法法和和步步骤骤根据据上上述述关关于于正正弦弦波波振振荡荡电电路路组组成成和和起起振振条条件件的的讨讨论论，，可可以以看看出出，，对对一一个个具具体体的的振振荡荡电电路路进进行行识识读读，，应应包包含含以以下下几几方方面面内内容容：：1、、检检查查电电路路是是否否包包含含放放大大电电路路、、反反馈馈、、选选频频网网络络和和稳稳幅幅环环节节。。2、、检检查查放放大大电电路路的的静静态态工工作作点点设设置置，，判判断断其其能能否否正正常常工工作作。。3、、用用瞬瞬时时极极性性判判别别法法，，检检查查能能否否形形成成正正反反馈馈。。4、、判判16.2RC正正弦弦波波振振荡荡电电路路识识读读RC振振荡荡电电路路中中应应用用最最广广的的是是串串并并联联网网络络振振荡荡电电路路，，也也称称文文氏氏桥桥振振荡荡电电路路。。1、、RC串串并并联联网网络络振振荡荡电电路路结结构构这种电路典典型的结构构如右图所所示，其放放大电路采采用集成运运算放大电电路（也可可以采用晶晶体管放大大电路），，反馈、选选频网络由由串联的R、C和并并联的R、、C组成，，因此称为为串并联网络络振荡电路路。16.2RC正弦弦波振荡电电路识读1、RC串串并联网络络振荡电路路结构另一方面，，串联的R、C，并并联的R、、C，电阻阻R1和RF正好组成一一个电桥的的四个桥臂臂（见图(b)），，电路输出出端和“地地”接电桥桥的两个顶顶点，放大大电路的两两个输入端端接另外两两个顶点，，因此也称称文氏桥振振荡电路。。改画为运放16.2RC正弦弦波振荡电电路识读2、放大电电路图（1）中中运算放大大电路被接接成同相输输入放大电电路，信号号从同相端端输入，放放大倍数为为：3、反馈、、选频网络络特性RC串并联联网络既是是选频网络络，同时又又是正反馈馈网络。网网络的输入入信号为U0（振荡电路路的输出电电压），输输出的反馈馈电压为UF，两者之间间的关系如如图（2））所示。图1图216.2RC正弦弦波振荡电电路识读选频网络的的频率特性性RC串并联联网络既是是选频网络络，同时又又是正反馈馈网络。首首先研究这这一网络的的频率特性性，即输入入信号U0的频率从零零逐渐变化化到无穷大大时，反馈馈系数F变变化的情况况。频率特性包包含两个方方面：其一，频率从零零逐渐变化化到无穷大大时，反馈馈系数F的的数值随频频率的变化化，称为RC串并联联网络的幅幅频特性；；其二，频率从零零逐渐变化化到无穷大大时，反馈馈电压UF与输入电压压U0之间的位相相差随频率率的变化，，称为RC串并联网网络的相频频特性。图216.2RC正弦弦波振荡电电路识读f=f0时，反馈系系数达到最最大，最大大值F=1/3。图2幅频特性：频率趋于零时，并联支路中C的容抗与R相比可以忽略，串联支路中C的容抗远大于R，R可以忽略，C和R分压的结果，输出电压UF的幅度趋于零。频率趋于无穷大时，并联支路中C的容抗趋于零，输出电压UF的幅度也趋于零。当输入信号频率等于f0时，输出电压UF的幅度达到最大值。可以证明，f0的大小决定于R和C，等于：16.2RC正弦弦波振荡电电路识读幅频特性：：因此幅频特特性曲线呈呈图(1)所示的尖尖峰状形态态。图2f=f0时F=1/3图116.2RC正弦弦波振荡电电路识读相频特性：：RC串并联联网络相频频特性如下下图所示，，输入信号号频率趋于于零时，UF的位相将比比U0超前90°°，输入信信号频率趋趋于无穷大大时，UF的位相将比比U0落后90°°，输入信信号频率f=f0时，UF和U0之间没有位位相差。16.2RC正弦弦波振荡电电路识读相频特性：：RC串并联联网络相频频特性如下下图所示，，输入信号号频率趋于于零时，UF的位相将比比U0超前90°°，输入信信号频率趋趋于无穷大大时，UF的位相将比比U0落后90°°，输入信信号频率f=f0时，UF和U0之间没有位位相差。可见，RC串并联网网络对于频频率为f0的信号相位位移动为零零，用极性性判别法可可以证明能能形成正反反馈。根据据反馈网络络的相频特特性，频率率偏离f0的其他信号号因相位移移动不等于于零而不能能形成正反反馈。16.2RC正弦弦波振荡电电路识读4、起振条条件和振荡荡频率起振条件为为今F=1/3，因此此只要A>3，就能能满足起振振的条件。。将运算放放大器组成成的放大电电路的放大大倍数Av代入，可得得起振条件件为：证：16.2RC正弦弦波振荡电电路识读总结：1、串并联联网络振荡荡电路（文文氏桥振荡荡电路）的的结构如图图2、起振条条件为：3、振荡频频率为：16.3LC正弦弦波振荡电电路识读由于通用运运算放大电电路适用的的频率比较较低，而LC正弦波波振荡电路路常用于产产生较高频频率的正弦弦波，因此此常见的LC正弦波波振荡电路路都由分立立元件组成成，必要时时还采用共共基极电路路。典型的的LC正弦弦波振荡电电路有三种种：变压器反馈馈式振荡电电路；电感反馈式式振荡电路路；电容反馈式式振荡电路路。16.3LC正弦弦波振荡电电路识读16.2.1变压压器反馈式式正弦波振振荡电路1、电路结结构典型的变压压器反馈式式振荡电路路如图所示示，图中B1为变压器，，有三个绕绕组，绕组组L接晶体体管VT1的集电极，，绕组L1用来产生反反馈电压，，第三个绕绕组L2输出正弦波波电压，RL为负载。绕绕组中的两两个黑点，，表示它们们是这两个个绕组的同同名端，即即同为绕组组饶制时的的“头”或或“尾”。。16.3LC正弦弦波振荡电电路识读16.2.1变压压器反馈式式正弦波振振荡电路2、放大电电路右图所示的的振荡电路路所使用的的放大电路路是由晶体体管VT1组成的共射射极放大电电路。该电电路采用分分压偏置方方式，Rb1和Rb2为基极电阻阻，Re为发射极电电阻，形成成直流负反反馈，用以以稳定静态态工作点。。Ce为旁路电容容，避免Re对交流信号号形成负反反馈。与普普通共集电电极放大电电路不同，，图中的放放大电路以以LC并联联网络为集集电极负载载。16.3LC正弦弦波振荡电电路识读3、反馈、、选频网络络特性电路选频、、反馈网络络由变压器器初级绕组组LC并联联回路和次次级绕组L1组成。16.2.1变压压器反馈式式正弦波振振荡电路16.3LC正弦弦波振荡电电路识读3、反馈、、选频网络络特性分析选频网网络特性前前，首先复复习LC并并联回路的的频率特性性。当LC回路两端端电压为U时，流过过电路的电电流电流为为I，用φφ表示电流流和电压之之间的位相相差，Z表表示LC回回路的等效效阻抗的大大小。LC回路的的幅频特性性：由右图所示示。输入信信号频率等等于谐振频频率f0时，阻抗达达到最大值值，偏离这这一频率时时，阻抗下下降，频率率趋于零或或无穷大，，阻抗趋于于零。谐振振频率f0等于：16.2.1变压压器反馈式式正弦波振振荡电路16.3LC正弦弦波振荡电电路识读LC回路的的相频特性性：由右下图所所示。信号号频率等于于谐振频率率f0时，电压与与电流之间间的位相差差为零，频频率趋向零零时，位相相差等于90°，频频率趋于无无穷大时，，位相差等等于－90°。可见，以LC并联回回路为集电电极负载的的放大电路路具有选频频特性。当当信号频率率等于LC回路的谐谐振频率时时，回路有有最大阻抗抗，因此该该频率下放放大电路有有最大的放放大倍数（（共射极放放大电路的的放大倍数数与集电极极阻抗成正正比），而而且无附加加相移。对对于其他频频率的信号号，不但放放大倍数的的数值下降降，而且会会有附加相相移。16.2.1变压压器反馈式式正弦波振振荡电路16.3LC正弦弦波振荡电电路识读反馈电压极极性分析：：绕组L1给出反馈电电压，经电电容C1耦合至放大大电路的基基极。是否否构成正反反馈，决定定于绕组的的方向，可可以判别，，按照图中中所示的绕绕组方向，，所构成的的为正反馈馈。用瞬时时极性判别别法，设放放大电路输输入端极性性为“+””，因共射射极放大电电路的倒相相作用，集集电极的极极性为“－－”，绕组组L加黑点点的一端极极性为“+”，绕组组L1中加黑点点的极性性和L中中黑点端端同极性性，也应应该为““+”极极性，经经电容C1耦合至输输入端，，和原假假设的极极性相同同，因此此构成正正反馈。。16.2.1变变压器器反馈式式正弦波波振荡电电路16.3LC正弦波波振荡电电路识读读4、起振振条件和和振荡频频率可以证明明起振条条件为：：16.2.1变变压器器反馈式式正弦波波振荡电电路式中β为为晶体管管VT1的电流放放大倍数数；rbe为发射结结电阻；；Rˊ为为折合到到LC谐谐振回路路的等效效损耗电电阻，包包括电感感L的直直流电阻阻等；M为绕组组L和L1之间的互互感。由由上式可可以看出出，选择择高β的的晶体管管，减小小互感M等有助助于满足足起振条条件。16.3LC正弦波波振荡电电路识读读总结：16.2.1变变压器器反馈式式正弦波波振荡电电路1、LC正弦波波振荡电电路结构构如右图图所示；；2、起振振条件为为：3、振荡荡频率等等于LC回路的的谐振频频率，等等于：16.3LC正弦波波振荡电电路识读读总结：16.2.1变变压器器反馈式式正弦波波振荡电电路变压器反反馈式振振荡电路路的优缺缺点优点：容易满足足起振条条件；振振荡频率率较高；；输出波波形失真真不大，，因此应应用范围围广。缺点：使用变压压器，体体积和重重量都比比较大；；输出电电压和反反馈电压压靠磁路路耦合，，因耦合合不紧密密而损耗耗较大；；变压器器铁芯容容易产生生电磁干干扰；振振荡频率率稳定性性不高。。16.3LC正弦波波振荡电电路识读读1、电路路结构16.2.2电电感反反馈式正正弦波振振荡电路路电感反馈馈式振荡荡电路如如图所示示。与变变压器反反馈电路路相比较较，变压压器初级级加了一一个抽头头，次级级只有一一个绕组组，用来来向负载载输出。。变压器器初级绕绕组三个个端点分分别接到到晶体管管的三个个极，上上方的端端点经电电容C1接VT1的基极；；下方的的端点接接VT1的集电极极；中间间的端点点经电源源、电容容Ce接VT1的发射极极。由于于结构上上的这一一特点，，电感反反馈式振振荡电路路也称电电感三点点式振荡荡电路。。16.3LC正弦波波振荡电电路识读读2、放大大电路16.2.2电电感反反馈式正正弦波振振荡电路路放大电路路和变压压器反馈馈振荡电电路中的的相同，，也是共共射极选选频放大大电路。。3、反馈馈、选频频网络特特性反馈电压压从电感感L1获得，可可用瞬时时极性判判别法判判断所构构成的为为正反馈馈。4、振荡荡频率即为（L1+L2）和C组组成的并并联谐振振电路的的谐振频频率f0，它等于于：16.3LC正弦波波振荡电电路识读读2、放大大电路16.2.2电电感反反馈式正正弦波振振荡电路路放大电路路和变压压器反馈馈振荡电电路中的的相同，，也是共共射极选选频放大大电路。。3、反馈馈、选频频网络特特性反馈电压压从电感感L1获得，可可用瞬时时极性判判别法判判断所构构成的为为正反馈馈。4、振荡荡频率即为（L1+L2）和C组组成的并并联谐振振电路的的谐振频频率f0，它等于于：16.3LC正弦波波振荡电电路识读读5、起振振条件为为：16.2.2电电感反反馈式正正弦波振振荡电路路式中β为为晶体管管VT的的电流放放大倍数数，rbe为VT的的发射结结电阻，，RLˊ为（包包括负载载电阻RL等）折合合到VT管集电电极与发发射极之之间的等等效并联联总损耗耗电阻。。6、优缺缺点：电感反馈馈式电路路的优点点是：L1和L2之间的耦耦合紧密密，输出出信号振振幅大；；当C采采用可变变电容时时，输出出信号频频率可调调，且调调节范围围较大，，最高频频率可以以达到几几十兆赫赫。缺点点是：输输出电压压中唱含含有高次次谐波，，因此，，常用于于对波形形要求不不高的场场合，例例如高频频加热器器、接收收机的本本机振荡荡等。16.3LC正弦波波振荡电电路识读读1、电路路结构16.2.3电电容反反馈式正正弦波振振荡电路路电容反馈馈式振荡荡电路如如图所示示，与电电感反馈馈式电路路相比较较，图中中LC谐谐振电路路中两个个电感L1和L2被换成电电容C1和C2，电容C被换成成电感L。这样样改变的的目的是是为了改改善输出出电压的的波形。。谐振电电路中两两个电容容C1、C2的三个端端点分别别接到晶晶体管VT的三三个极，，由于这这种结构构上的特特点，电电感反馈馈式振荡荡电路也也称电容容三点式式振荡电电路。16.3LC正弦波波振荡电电路识读读16.2.3电电容反反馈式正正弦波振振荡电路路

2、放大电路晶体管VT组成共射极放大电路，电阻Rb1、Rb2为基极偏置电阻，RC为集电极电阻，Re为发射极电阻，形成直流负反馈，用以稳定静态工作点。Ce为旁路电容，避免Re对交流信号形成负反馈。16.3LC正弦波波振荡电电路识读读3、反馈馈、选频频网络特特性16.2.3电电容反反馈式正正弦波振振荡电路路反馈电压压由电容容C2经耦合电电容C3耦合至晶晶体管VT的基基极。设基极极瞬时时极性性为““+””，因因共发发射极极放大大电路路的倒倒相作作用，，集电电极极极性为为“－－”，，C1上方端端极性性为““－””，下下方端端极性性为““+””，C2上方端端极性性为““－””，下下方端端极性性为““+””，经经电容容C3耦合，，加到到基极极的电电压极极性为为“+”，，与原原极性性相同同，因因此构构成正正反馈馈。16.3LC正弦弦波振振荡电电路识识读4、振振荡频频率16.2.3电电容容反馈馈式正正弦波波振荡荡电路路振荡频频率f0即为（（C1+C2）、L并联联谐振振电路路的谐谐振频频率，，它等等于：：5、起起振条条件为为：式中ββ为晶晶体管管VT的电电流放放大倍倍数，，rbe为VT的发发射结结电阻阻，RLˊ为集集电极极电阻阻RC等折合合到VT管管集电电极与与发射射极之之间的的等效效电阻阻。16.3LC正弦弦波振振荡电电路识识读6、优优缺点点：电容反反馈式式电路路的优优点是是输出出电压压波形形好，，缺点点是输输出信信号频频率调调节不不方便便。如如通过过C1或C2电容量量调节节的办办法调调节频频率，，调节节时会会影响响起振振条件件，因因此常常用于于固定定频率率或频频率调调节范范围不不大的的场合合。16.2.3电电容容反馈馈式正正弦波波振荡荡电路路16.4石石英英晶体体振荡荡电路路识读读1、石石英晶晶体的的结构构石英晶晶体的的全称称是石石英晶晶体谐谐振器器，简简称石石英晶晶体。。将二二氧化化硅晶晶体按按照一一定的的方向向切割割成晶晶片，，表面面抛光光并涂涂敷银银层，，封装装，即即为石石英晶晶体，，其结结构示示意图图和电电路符符号如如图所所示。。其中中(a)为为结构构示意意图，，(b)电电路符符号。。16.4.1石石英英晶体体的等等效电电路和和频率率特性性16.4石石英英晶体体振荡荡电路路识读读2、石石英晶晶体的的等效效电路路和频频率特特性石英晶晶体的的复杂杂性石英晶晶体是是绝缘缘体，，因此此不通通直流流电，，但可可以通通过交交流电电。将将交流流电压压加到到石英英晶体体两端端，一一方面面，晶晶片及及两面面涂银银层构构成一一只电电容，，显然然会起起导电电作用用，其其导电电特性性和普普通电电容器器相同同；另另一方方面，，石英英晶体体有压压电效效应，，施加加交变变电压压后，，会引引起晶晶片的的振动动，这这种振振动反反过来来又会会产生生交变变的电电场，，这种种交变变电场场又影影响晶晶体的的导电电，因因此石石英晶晶体的的导电电特性性就变变得十十分复复杂。。为了说说明石石英晶晶体的的导电电特性性，通通常采采用等等效电电路和和频率率特性性曲线线。16.4.1石石英英晶体体的等等效电电路和和频率率特性性16.4石石英英晶体体振荡荡电路路识读读2、石石英晶晶体的的等效效电路路和频频率特特性石英晶晶体的的等效效电路路石英晶晶体的的等效效电路路如右右图1所示示。图中C0为石英英晶体体不振振动时时的平平板电电容器器的电电容，，一般般几个个pF到几几十pF大大小；；电感感L等等效于于机械械振动动的惯惯性，，大约约几毫毫亨到到几十十毫亨亨；电电容C等效效于晶晶片的的弹性性，大大约0.1～0.01pF；；R为为晶片片振动动时的的等效效摩檫檫损耗耗电阻阻，约约100ΩΩ。16.4.1石石英英晶体体的等等效电电路和和频率率特性性16.4石石英英晶体体振荡荡电路路识读读石英晶晶体的的频率率特性性频率特特性如如右图图所示示。其其中纵纵坐标标是晶晶体的的电抗抗X，，横坐坐标是是频率率f。。上半半平面面X>0，，晶体体表现现为感感性元元件，，下半半平面面X<0，，晶体体表现现为容容性元元件。。图中中fS是等效效电路路中R、L、C串联联支路路的谐谐振频频率：：16.4.1石石英英晶体体的等等效电电路和和频率率特性性fP是C0和L、、C、、R支支路组组成的的并联联电路路的谐谐振频频率，，等于于：2、石石英晶晶体的的等效效电路路和频频率特特性由于C<<C0，比较较上面面两式式，可可得：：fS≈fP。16.4石石英英晶体体振荡荡电路路识读读16.4.1石石英英晶体体的等等效电电路和和频率率特性性2、石石英晶晶体的的等效效电路路和频频率特特性从频率率特性性图可可以看看出：：f<fS时，C0和C的的电抗抗较大大，起起主要要作用用，晶晶体呈呈容性性；f>fP时，电电抗主主要决决定于于C0，晶体体也呈呈现为为容性性；fS>f<fP，在这这个频频率范范围内内，晶晶体呈呈感性性，相相当于于一个个电感感。晶晶体实实际使使用时时，都都将工工作于于这个个区域域。由于晶晶体的的损耗耗电阻阻R和和等效效晶片片弹性性的电电容C都很很小，，与普普通电电感相相比较较，晶体的的品质质因数数特别别高。线圈圈绕制制的电电感，，品质质因数数102左右，，而石石英晶晶体的的品质质因数数可以以高达达104～106。16.4石石英英晶体体振荡荡电路路识读读16.4.1石石英英晶体体的等等效电电路和和频率率特性性石英晶晶体产产品下图所所示的的是两两种典典型的的石英英晶体体产品品，(a））是HC-49U系系列石石英谐谐振器器产品品的外外型，，产品品的谐谐振频频率从从1.8432MHz～～60MHz之之间可可选；；(b)是是用于于手机机的贴贴面封封装的的石英英晶体体谐振振器，，其谐谐振频频率为为32.768kHz。。16.4石石英英晶体体振荡荡电路路识读读16.4.2石石英晶晶体正弦弦波振荡荡电路1、结构构典型的石石英晶体体振荡电电路如图图所示，，与电容容反馈式式振荡电电路相比比较，只只是用石石英晶体体BZ取代电路路中的电电感L。。2、工作作原理：：石英晶体体振荡电电路的工工作原理理和电容容反馈式式振荡电电路相同同，3、振荡荡频率：：即为串联谐谐振频率fS：16.4石石英晶体体振荡电路路识读16.4.2石英英晶体正弦弦波振荡电电路4、石英晶晶体产品谐谐振频率标标记用石英晶体体谐振器产产品组成振振荡电路时时，这一谐谐振频率一一般都在产产品封装表表面给出。。例如，下下图所示的的晶体，其其谐振频率率为14.318MHz。5、石英晶晶体振荡电电路优点：：石英晶体振振荡电路的的突出优点点是振荡频频率稳定度度极高，ΔΔf/f0可达10-6～10-8，一些产品品甚至高达达10-10～10-11。16.5非非正弦波波发生电路路常用的非正正弦波有三三角波、矩矩形波、锯锯齿波等，，下面介绍绍由运算放放大电路构构成的矩形形波、三角角波和锯齿齿波发生电电路。16.5.1矩矩形波发生生电路1、矩形波波的波形矩形波的波波形如图所所示，其特特点是输出出电压只能能处于高电电平或低电电平两种状状态，并定定时交替转转换。根据这一特特点，矩形形波电路应应由两部分分：第一，，实现两种种状态自动转换的的电路；第二，确确定每一种种状态的维维持时间的的延时电路。16.5非非正弦波波发生电路路常用的非正正弦波有三三角波、矩矩形波、锯锯齿波等，，下面介绍绍由运算放放大电路构构成的矩形形波、三角角波和锯齿齿波发生电电路。16.5.1矩矩形波发生生电路2、矩形波波电路的组组成矩形波电路路如图所示示，其中加加了正反馈馈运算放大大电路A1构成转换电电路，R3、C1电容充放电电的电路组组成延时电电路。采用用±VCC双电源供电电，VDZ由两只相同同特性的稳稳压管反向向串联而成成。16.5非非正弦波波发生电路路16.5.1矩矩形波发生生电路3、、工工作作原原理理首先先分分析析电电容容C1短路路，，即即运运放放A1反相相端端接接地地时时的的情情况况。。设设A1为理理想想运运算算放放大大电电路路，，这这时时，，电电路路只只能能处处于于两两种种稳稳定定的的状状态态：：第一一个个稳稳态态：：运运放放输输出出高高电电平平+VCC，A点点电电压压等等于于稳稳压压管管电电压压+UZ，经经电电阻阻R1、R2分压压，，运运放放同同相相输输入入端端电电压压U+等于于：：图1图2反相相端端接接地地，，U-=0，，因因此此U+=UT>U-，保保证证输输出出端端为为高高电电平平+VCC。16.5非非正正弦弦波波发发生生电电路路第二二个个稳稳态态：：运运放放输输出出低低电电平平－－VCC，A点点电电压压等等于于稳稳压压管管电电压压－－UZ，经经电电阻阻R1、R2分压压，，运运放放同同相相输输入入端端电电压压U+=－－UT，小小于于零零：：图1图2因运运放放反反相相输输入入端端接接地地，，反反相相输输入入端端电电压压U-=0，，因因此此，，反反相相端端电电压压高高于于同同相相端端电电压压，，保保证证输输出出端端为为低低电电平平。。16.5.1矩矩形形波波发发生生电电路路可见见，，如如果果电电容容C1短路路，，则则电电路路可可以以处处于于两两个个稳稳定定的的状状态态，，这这两两个个状状态态都都是是稳稳定定的的，，彼彼此此间间不不会会转转换换。。16.5非非正正弦弦波波发发生生电电路路将电电容容C1接入入，，由由于于C1的充充放放电电，，两两个个状状态态不不再再保保持持稳稳定定，，而而是是定定时时地地交交替替转转换换。。图1图2假设设电电路路处处于于输输出出为为高高电电平平+VCC的状状态态，，输输出出端端电电压压UZ经R3向C1充电电，，使使C1电压压从从－－UT开始始不不断断上上升升（（见见图图2）），，上上升升到到UT之前前，，反反相相端端电电压压低低于于同同相相端端电电压压，，运运放放维维持持高高电电平平输输出出状状态态不不变变。。当当使使C1电压压高高于于UT之后后，，因因反反相相端端电电压压高高于于同同相相端端电电压压，，运运放放输输出出转转为为低低电电平平－－VCC，即即发发生生状状态态的的转转换换。。类似似地地输输出出为为低低电电平平-VCC，电电容容C1经R3向输输出出端端放放电电，，运运放放输输出出，，又又转转为为第第一一种种状状态态+VCC，A点点即即形形成成矩矩形形波波输输出出16.5.1矩矩形形波波发发生生电电路路16.5非非正正弦弦波波发发生生电电路路3、、矩矩形形波波主主要要参参数数图1图2矩形形波波的的周周期期T等等于于电电容容C1从－－UT充电电至至+UT，然然后后从从+UT放电电至至－－UT的时时间间之之和和，，它它与与电电阻阻R1、R2、R3和电电容容C1有关关，，可可以以证证明明T等等于于：：16.5.1矩矩形形波波发发生生电电路路矩形形波波的的宽宽度度TK与周周期期T之之比比称称为为占占空空比比，，占占空空比比等等于于1/2的的矩矩形形波波称称为为方方波波。。16.5非非正正弦弦波波发发生生电电路路1、、电电路路组组成成三角角波波可可由由矩矩形形波波积积分分而而来来，，因因此此三三角角波波电电路路可可以以由由矩矩形形波波电电路路加加上上积积分分电电路路而而成成。。但但在在实实用用上上，，一一般般不不采采用用上上述述波波形形变变换换的的办办法法，，而而是是采采用用如如下下图图所所示示的的电电路路。。图图中中，，运运放放A1工作于非非线性状状态，运运放A2和电阻R4、电容C1组成积分分电路，，A2的输出同同时作为为A1同相端的的输入信信号。16.5.2三三角角波发生生电路16.5非正正弦波发发生电路路2、工作作原理（1）A1工作状态态分析A1工作于开开环状态态，其输输出电压压要么是是高电平平，要么么是低电电平。高电平时时，输出出电压u01等于UZ，低电平平时，输输出电压压u01等于－UZ。因此，，u01的波形如如右下图图所示。。（2）如如何确定定A1所处的状状态A1所处的状状态仅决决定于同同相输入入端电压压u+，由图可可求出：：u+>0时A1输出高电电平，A1〈0时输输出低电电平。16.5非正正弦波发发生电路路（3）三角波u0的形成设t=0时刻A1处于高电电平u01=UZ，见图2，该电电压经积积分，输输出电压压u0开始线性性下降，，形成三三角波的的下降支支（图3），u0的下降同同时使A1同相输入入端电压压u+下降，当当u+降为零时时，A1转换为低低电平输输出状态态，u01=－UZ，相当于于图中的的t=t1时刻。进入u01=－UZ状态后，，该电压压输入积积分电路路，积分分的结果果输出电电压u0开始线性性上升，，形成三三角波的的上升支支（图3）。u0的上升引引起u+升高，u+大于零时时，又使使A1回到高电电平状态态。u01

u0

图2图3图116.5非正正弦波发发生电路路16.5.3锯锯齿齿波发生生电路1、电路路组成使三角波波的上升升支所占占的时间间明显长长于下降降支，三三角波即即演变为为锯齿波波，如右右图所示示，其中中T1为下降支支所占的的时间，，T2为上升支支所占的的时间，，T2>>T1时，三角角波即演演变为锯锯齿波。。因此，，锯齿波波电路也也可由三三角波电电路而来来。16.5非正正弦波发发生电路路16.5.3锯锯齿齿波发生生电路1、电路路组成下图所示示的锯齿齿波发生生电路就就是从三三角波电电路图演演变而来来。比较较这两个个电路图图，可以以看出，，与三角角波电路路相比较较，锯齿齿波电路路增加了了二只二二极管VD1、VD2和电位器器RP1组成的电电路。2、工作作原理正电压UZ作正向积积分时积积分电流流沿图中中实线箭箭头所示示的路径径；加负负电压－－UZ作反向积积分时积积分电流流沿图中中虚线箭箭头所示示的路径径。如果果电位器器活动端端不在中中心位置置，则正正、反向向积分的的时间常常数不相相等，如如果将电电位器活活动端向向上转到到底，则则正向积积分时间间常数