石英晶体振荡电路分析课件

9.7.4石英晶体振荡电路9.7.4石英晶体振荡电路1正弦波振荡器的频率稳定问题频率稳定度频率稳定度一般用一段时间内频率的相对变化量来表示。影响振荡频率的主要因素影响振荡频率的主要因素主要是LC并联回路的参数L、C和R对品质因数Q的影响，Q值越高，选频特性越好，频率越稳定。LC振荡电路的Q为数百，石英晶体振荡电路的Q为104106提高频率稳定度的措施提高频率稳定度的措施是尽量减小R并加大L/C值。在要求频率稳定度很高的场合，采用石英晶体振荡器。正弦波振荡器的频率稳定问题频率稳定度频率稳定度一般用一2石英晶体的基本特性石英晶体的物理特性石英晶体是一种各向异性的结晶体，主要成分是二氧化硅。石英晶体的压电效应

若在晶片的两个极板间加一电场，会使晶体产生机械变形；反之，若在极板间施加机械力，又会在相应的方向上产生电场。石英晶体的压电谐振

当晶片两极加上交变电压时，晶片就会产生机械变形振荡，同时晶片的机械振荡又会产生交流电场。当外加交变电压的频率等于晶片的固有频率（与晶片尺寸有关）时，机械振荡幅度最大。石英晶体的基本特性石英晶体的物理特性石英晶体是一种各向异3OfXfsfp容性容性感性石英晶体的等效电路Co为静电电容，约10-12F～10-11F。L模拟晶体的惯性，约10-3～102H。C模拟晶体的弹性，约10-14～10-13F。R等效摩擦损耗，约几百。回路的Q很大，可达104～106。OfXfsfp容性容性感性石英晶体的等效电路Co为静电电容，4石英晶体振荡器石英晶体振荡器有并联型晶体振荡器和串联型晶体振荡器两类。并联型晶体振荡器中，石英晶体以并联谐振的形式出现，起电感作用。串联型晶体振荡器中，石英晶体以串联谐振的形式出现，起电阻作用。石英晶体振荡器石英晶体振荡器有并联型晶体振荡器和串联型晶体振5振荡频率一、并联型石英晶体振荡电路振荡频率一、并联型石英晶体振荡电路6当振荡频率等于fS时，晶体阻抗最小，且为纯电阻，此时正反馈最强，相移为零，电路满足自激振荡条件。振荡频率调节R可改变反馈的强弱，以获得良好的正弦波。二、串联型石英晶体振荡电路当振荡频率等于fS时，晶体阻抗最小，且为纯电阻，此时正反79.8非正弦信号产生电路非正弦信号产生电路有方波产生电路、三角波产生电路、锯齿波产生电路等。9.8非正弦信号产生电路非正弦信号产生电路有方波产89.8.1电压比较器电压比较器是一种用来比较输入信号vi和参考电压VREF的电路。运算放大器工作在非线性状态下。特点：开环，虚短不成立增益A0大于1059.8.1电压比较器电压比较器是一种用来比较输入信号vi和9单门限电压比较器当vID=vi-VREF＜0时，运放处于负饱和状态，vo=VOL；当vID=vi-VREF＞0时，运放转入正饱和状态，vo=VOＨ；两个二极管是为了避免集成运放内部管子进入深饱和区来提高响应速度。门限电压单门限电压比较器当vID=vi-VREF＜0时，运放处于负饱10输入为正负对称的正弦波时，输出为方波。电压传输特性（1）过零比较器输入为正负对称的正弦波时，输出为方波。电压传输特性（11电压传输特性（2）门限电压不为零的比较器电压传输特性（2）门限电压不为零的比较器129.8.1已知Rb=51K，Rc=5.1K，=50，VCES≈0，ICEO≈0，试求：(1)当vI=1V时，vO=?(2)当vI=3V时，vO=?(3)当vI=5sint(V)时，试画出vI、vO2和vO的波形。解：(1)当vI=1V时，vO=0V(2)当vI=3V时，vO=6V(3)当vI=5sint(V)时vO9.8.1已知Rb=51K，Rc=5.1K，=50，13单门限比较器的抗干扰能力应为高电平错误电平单门限比较器的抗干扰能力应为高电平错误电平14迟滞比较器上门限电压下门限电压回差电压迟滞比较器上门限电压下门限电压回差电压15传输特性+VOHvIvO-VOLOVT+VT-传输特性+VOHvIvO-VOLOVT+VT-16通过上述几种电压比较器的分析，可得出如下结论：（1）用于电压比较器的运放，通常工作在开环或正反馈状态和非线性区，其输出电压只有高电平VOH和低电VOL两种情况。（2）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。（3）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

门限电压输出电压的跳变方向令vP＝vN所求出的vI就是门限电压vI等于门限电压时输出电压发生跳变跳变方向取决于是同相输入方式还是反相输入方式通过上述几种电压比较器的分析，可得出如下结论：（1）用于电压179.8.6已知VZ=6V，(1)试画出该电路的电压传输特性；(2)画出幅值为6V正弦信号电压vi所对应的输出电压波形。解：9.8.6已知VZ=6V，(1)试画出该电路的电压传输特18集成电压比较器集成电压比较器比集成运算放大器的开环增益低、失调电压大、共模抑制比小，因而它的灵敏度往往不如用集成运算放大器构成的比较器高，但由于集成电压比较器通常工作在两种状态之一，因此不需要频率补偿电容，也就不存在像集成运算放大器那样因加入补偿电容引起转换速率受限。根据输出方式不同，集成电压比较器可分为普通、集电极开路输出或互补输出三种情况。集成电压比较器集成电压比较器比集成运算放大器的开环增益低、失199.8.2方波产生电路9.8.2方波产生电路20一、电路组成稳压管双向限幅一、电路组成稳压管双向限幅21设t=0时，vC=0，vO=+VZtOvCOvOt当v-=vC=v+时，t1t2当v-=vC=v+时，输出又一次跳变，vO=+VZ输出跳变，vO=-VZ二、工作原理设t=0时，vC=0，vO=+VZtOvCOvOt当v-=v22tOvCOvOtt1t2三、振荡周期改变充放电回路的时间常数及滞回比较器的电阻，即可改变振荡周期。tOvCOvOtt1t2三、振荡周期改变充放电回路的239.8.3三角波产生电路9.8.3三角波产生电路24一、电路组成积分电路同相输入迟滞比较器一、电路组成积分电路同相输入迟滞比较器25OvO1tOvOt当v+=v-=0时，滞回比较器的输出发生跳变。二、工作原理OvO1tOvOt当v+=v-=0时，滞回比较器的输出发生跳26OvO1tOvOt三、输出幅度和振荡周期当v+=v-=0时，vO1跳变为-VZ，vO达到最大值Vom。三角波的输出幅度振荡周期OvO1tOvOt三、输出幅度和振荡周期当v+=v-=0279.8.3锯齿波产生电路9.8.3锯齿波产生电路28一、电路组成充放电时间常数不同一、电路组成充放电时间常数不同29OvO1tOvOtT1T2T二、工作原理OvO1tOvOtT1T2T二、工作原理30三、输出幅度和振荡周期OuO1tOuOtT1T2T三、输出幅度和振荡周期OuO1tOtT1T2T319.8.8下图所示波形发生器电路由哪些单元电路组成，各起什么作用，定性画出A、B、C各点的波形。9.8.8下图所示波形发生器电路由哪些单元电路组成，各起什329.7.4石英晶体振荡电路9.7.4石英晶体振荡电路33正弦波振荡器的频率稳定问题频率稳定度频率稳定度一般用一段时间内频率的相对变化量来表示。影响振荡频率的主要因素影响振荡频率的主要因素主要是LC并联回路的参数L、C和R对品质因数Q的影响，Q值越高，选频特性越好，频率越稳定。LC振荡电路的Q为数百，石英晶体振荡电路的Q为104106提高频率稳定度的措施提高频率稳定度的措施是尽量减小R并加大L/C值。在要求频率稳定度很高的场合，采用石英晶体振荡器。正弦波振荡器的频率稳定问题频率稳定度频率稳定度一般用一34石英晶体的基本特性石英晶体的物理特性石英晶体是一种各向异性的结晶体，主要成分是二氧化硅。石英晶体的压电效应

若在晶片的两个极板间加一电场，会使晶体产生机械变形；反之，若在极板间施加机械力，又会在相应的方向上产生电场。石英晶体的压电谐振

当晶片两极加上交变电压时，晶片就会产生机械变形振荡，同时晶片的机械振荡又会产生交流电场。当外加交变电压的频率等于晶片的固有频率（与晶片尺寸有关）时，机械振荡幅度最大。石英晶体的基本特性石英晶体的物理特性石英晶体是一种各向异35OfXfsfp容性容性感性石英晶体的等效电路Co为静电电容，约10-12F～10-11F。L模拟晶体的惯性，约10-3～102H。C模拟晶体的弹性，约10-14～10-13F。R等效摩擦损耗，约几百。回路的Q很大，可达104～106。OfXfsfp容性容性感性石英晶体的等效电路Co为静电电容，36石英晶体振荡器石英晶体振荡器有并联型晶体振荡器和串联型晶体振荡器两类。并联型晶体振荡器中，石英晶体以并联谐振的形式出现，起电感作用。串联型晶体振荡器中，石英晶体以串联谐振的形式出现，起电阻作用。石英晶体振荡器石英晶体振荡器有并联型晶体振荡器和串联型晶体振37振荡频率一、并联型石英晶体振荡电路振荡频率一、并联型石英晶体振荡电路38当振荡频率等于fS时，晶体阻抗最小，且为纯电阻，此时正反馈最强，相移为零，电路满足自激振荡条件。振荡频率调节R可改变反馈的强弱，以获得良好的正弦波。二、串联型石英晶体振荡电路当振荡频率等于fS时，晶体阻抗最小，且为纯电阻，此时正反399.8非正弦信号产生电路非正弦信号产生电路有方波产生电路、三角波产生电路、锯齿波产生电路等。9.8非正弦信号产生电路非正弦信号产生电路有方波产409.8.1电压比较器电压比较器是一种用来比较输入信号vi和参考电压VREF的电路。运算放大器工作在非线性状态下。特点：开环，虚短不成立增益A0大于1059.8.1电压比较器电压比较器是一种用来比较输入信号vi和41单门限电压比较器当vID=vi-VREF＜0时，运放处于负饱和状态，vo=VOL；当vID=vi-VREF＞0时，运放转入正饱和状态，vo=VOＨ；两个二极管是为了避免集成运放内部管子进入深饱和区来提高响应速度。门限电压单门限电压比较器当vID=vi-VREF＜0时，运放处于负饱42输入为正负对称的正弦波时，输出为方波。电压传输特性（1）过零比较器输入为正负对称的正弦波时，输出为方波。电压传输特性（43电压传输特性（2）门限电压不为零的比较器电压传输特性（2）门限电压不为零的比较器449.8.1已知Rb=51K，Rc=5.1K，=50，VCES≈0，ICEO≈0，试求：(1)当vI=1V时，vO=?(2)当vI=3V时，vO=?(3)当vI=5sint(V)时，试画出vI、vO2和vO的波形。解：(1)当vI=1V时，vO=0V(2)当vI=3V时，vO=6V(3)当vI=5sint(V)时vO9.8.1已知Rb=51K，Rc=5.1K，=50，45单门限比较器的抗干扰能力应为高电平错误电平单门限比较器的抗干扰能力应为高电平错误电平46迟滞比较器上门限电压下门限电压回差电压迟滞比较器上门限电压下门限电压回差电压47传输特性+VOHvIvO-VOLOVT+VT-传输特性+VOHvIvO-VOLOVT+VT-48通过上述几种电压比较器的分析，可得出如下结论：（1）用于电压比较器的运放，通常工作在开环或正反馈状态和非线性区，其输出电压只有高电平VOH和低电VOL两种情况。（2）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。（3）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

门限电压输出电压的跳变方向令vP＝vN所求出的vI就是门限电压vI等于门限电压时输出电压发生跳变跳变方向取决于是同相输入方式还是反相输入方式通过上述几种电压比较器的分析，可得出如下结论：（1）用于电压499.8.6已知VZ=6V，(1)试画出该电路的电压传输特性；(2)画出幅值为6V正弦信号电压vi所对应的输出电压波形。解：9.8.6已知VZ=6V，(1)试画出该电路的电压传输特50集成电压比较器集成电压比较器比集成运算放大器的开环增益低、失调电压大、共模抑制比小，因而它的灵敏度往往不如用集成运算放大器构成的比较器高，但由于集成电压比较器通常工作在两种状态之一，因此不需要频率补偿电容，也就不存在像集成运算放大器那样因加入补偿电容引起转换速率受限。根据输出方式不同，集成电压比较器可分为普通、集电极开路输出或互补输出三种情况。集成电压比较器集成电压比较器比集成运算放大器的开环增益低、失519.8.2方波产生电路9.8.2方波产生电路52一、电路组成稳压管双向限幅一、电路组成稳压管双向限幅53设t=0时，vC=0，vO=+VZtOvCOvOt当v-=vC=v+时，t1t2当v-=vC=v+时，输出又一次跳变，vO=+VZ输出跳变，vO=-VZ二、工作原理