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1、模拟电子技术 正弦波振荡电路本讲稿第一页，共三十四页9.7.1 LC选频放大电路选频放大电路阻抗频率响应阻抗频率响应（a）幅频响应）幅频响应 （b）相频响应）相频响应 本讲稿第二页，共三十四页9.7.1 LC选频放大电路选频放大电路2.选频放大电路选频放大电路本讲稿第三页，共三十四页9.7.3 三点式三点式LC振荡电路振荡电路2.电感三点式振荡电路电感三点式振荡电路本讲稿第四页，共三十四页9.7.3 三点式三点式LC振荡电路振荡电路3.电容三点式振荡电路电容三点式振荡电路本讲稿第五页，共三十四页9.7.4 石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路2.石英晶体的基本特性与等效电路石英晶体的基本特性与等效
2、电路结构结构极板间加电场极板间加电场极板间加机械力极板间加机械力晶体机械变形晶体机械变形晶体产生电场晶体产生电场压电效应压电效应交变电压交变电压机械振动机械振动交变电压交变电压机械振动的固有频率与晶片尺寸有关，稳定性高机械振动的固有频率与晶片尺寸有关，稳定性高当交变电压频率当交变电压频率=固有频率时，振幅最大。固有频率时，振幅最大。压电谐振压电谐振本讲稿第六页，共三十四页等效电路等效电路A.串联谐振串联谐振特性特性 晶晶体体等等效效阻阻抗抗为纯阻性为纯阻性B.并联谐振并联谐振通常通常所以所以9.7.4 石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路2.石英晶体的基本特性与等效电路石英晶体的基本特性与等效电路
3、（a）代表符号）代表符号 （b）电路模型）电路模型 （c）电抗）电抗-频率响应特性频率响应特性 本讲稿第七页，共三十四页9.7.4 石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路2.石英晶体的基本特性与等效电路石英晶体的基本特性与等效电路实际使用时外接一小电容实际使用时外接一小电容Cs则新的谐振频率为则新的谐振频率为由于由于由此看出由此看出调整调整本讲稿第八页，共三十四页 9.3.4 二阶有源带阻滤波电路二阶有源带阻滤波电路end3.石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路本讲稿第九页，共三十四页9.8 非正弦信号产生电路非正弦信号产生电路9.8.2 方波产生电路方波产生电路9.8.3 锯齿波产生电路锯齿波产生电路
4、9.8.1 电压比较器电压比较器单门限电压比较器单门限电压比较器迟滞比较器迟滞比较器集成电压比较器集成电压比较器本讲稿第十页，共三十四页9.8.1 电压比较器电压比较器，由于，由于|vO|不可能超过不可能超过VM，特点：特点：1.单门限电压比较器单门限电压比较器（1）过零比较器）过零比较器开环，开环，虚短虚短不成立不成立增益增益A0大于大于105（忽略了放大器输出级的饱和压降）（忽略了放大器输出级的饱和压降）所以所以当当|+VCC|=|-VEE|=VM=15V，A0=105 时，时，可以认为可以认为vI 0 时，时，vOmax=+VCCvI 0 时，时，vOmax=-VEE（过零比较器）（过零
5、比较器）运算放大器工作在非线性状态下运算放大器工作在非线性状态下本讲稿第十一页，共三十四页9.8.1 电压比较器电压比较器特点：特点：1.单门限电压比较器单门限电压比较器（1）过零比较器）过零比较器开环，开环，虚短虚短不成立不成立增益增益A0大于大于105 输输入入为为正正负负对对称称的的正正弦弦波波时时，输出为方波。输出为方波。电压传输特性电压传输特性本讲稿第十二页，共三十四页9.8.1 电压比较器电压比较器1.单门限电压比较器单门限电压比较器（2）门限电压不为门限电压不为零的比较器零的比较器电压传输特性电压传输特性（门限电压为（门限电压为VREF）本讲稿第十三页，共三十四页9.8.1 电压
6、比较器电压比较器1.单门限电压比较器单门限电压比较器（2）门限电压不为门限电压不为零的比较器零的比较器（门限电压为（门限电压为VREF）(a)VREF0时时(b)VREF2V时时 (c)VREF4V时时 vI为峰值为峰值6V的三角波，设的三角波，设VCC12V，运放为理想器件。，运放为理想器件。本讲稿第十四页，共三十四页解：解：例例图图示示为为另另一一种种形形式式的的单单门门限限电电压压比比较较器器，试试求求出出其其门门限限电电压压(阈阈值值电电压压)VT，画画出出其其电电压压传传输输特特性性。设设运运放放输输出出的的高高、低低电电平平分分别别为为VOH和和VOL。利用叠加原理可得利用叠加原理
7、可得理想情况下，输出电压发生跳变时理想情况下，输出电压发生跳变时对应的对应的vPvN0，即，即门限电压门限电压本讲稿第十五页，共三十四页单门限比较器的抗干扰能力单门限比较器的抗干扰能力应为高电平应为高电平错误电平错误电平本讲稿第十六页，共三十四页9.8.1 电压比较器电压比较器2.迟滞比较器迟滞比较器（1）电路组成电路组成（2）门限电压门限电压门限电压门限电压上门限电压上门限电压下门限电压下门限电压回差电压回差电压本讲稿第十七页，共三十四页9.8.1 电压比较器电压比较器2.迟滞比较器迟滞比较器（3 3）传输特性传输特性本讲稿第十八页，共三十四页解：解：（1）门限电压）门限电压（3）输出电压波
8、形输出电压波形例例电电路路如如图图所所示示，试试求求门门限限电电压压，画画出出传传输输特特性性和和图图c所所示示输输入入信信号号下下的的输出电压波形。输出电压波形。（2）传输特性）传输特性本讲稿第十九页，共三十四页通过上述几种电压比较器的分析，可得出如下结论：通过上述几种电压比较器的分析，可得出如下结论：（1）用用于于电电压压比比较较器器的的运运放放，通通常常工工作作在在开开环环或或正正反反馈馈状状态态和和非非线性区，其输出电压只有高电平线性区，其输出电压只有高电平VOH和低电和低电VOL两种情况。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。）一般用电压传输特性来描述
9、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）电压传输特性的关键要素 输出电压的高电平输出电压的高电平VOH和低电平和低电平VOL 门限电压门限电压 输出电压的跳变方向输出电压的跳变方向令令vPvN所求出的所求出的vI就是门限电压就是门限电压vI等于门限电压时输出电压发生跳变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跳变方向取决于是同相输入方式还是反相输入方式本讲稿第二十页，共三十四页9.8.1 电压比较器电压比较器3.集成电压比较器集成电压比较器集成电压比较器与集成运算放大器比较：集成电压比较器与集成运算放大器比较：开开环环增增益益低低、失失调调
10、电电压压大大、共共模模抑抑制制比比小小，灵灵敏敏度度往往往往不不如如用用集集成成运运放放构成的比较器高。构成的比较器高。但但集集成成电电压压比比较较器器中中无无频频率率补补偿偿电电容容，因因此此转转换换速速率率高高，改改变变输输出出状态的典型响应时间是状态的典型响应时间是30200ns。相同条件下相同条件下741集成运算放大器的响应时间为集成运算放大器的响应时间为30 s左右。左右。本讲稿第二十一页，共三十四页9.8.2矩形波发生电路矩形波发生电路一、电路组成一、电路组成RC 充放电充放电回路回路迟滞迟滞比较器比较器图图 9.8.1图图 9.8.2迟滞比较器：集成运放、迟滞比较器：集成运放、R
11、1、R2；充放电回路：充放电回路：R、C；钳位电路：钳位电路：VDZ、R3。本讲稿第二十二页，共三十四页二、工作原理二、工作原理设设 t=0 时，时，uC=0，uO=+UZ则则tOuCOuOtu+u-当当 u-=uC=u+时，时，t1t2则则当当 u-=uC=u+时，输出又一时，输出又一次跳变，次跳变，uO=+UZ输出跳变，输出跳变，uO=-UZ图图 9.8.3本讲稿第二十三页，共三十四页三、振荡周期三、振荡周期电容的充放电规律：电容的充放电规律：对于放电，对于放电，解得：解得：结结论论：改改变变充充放放电电回回路路的的时时间间常常数数及及滞滞回回比比较较器器的的电电阻阻，即即可改变振荡周期。
12、可改变振荡周期。t1t2tOuCOuOtt3图图 9.8.4本讲稿第二十四页，共三十四页四、占空比可调的矩形波发生电路四、占空比可调的矩形波发生电路图图 9.8.6使电容的充、放电时间常数不同使电容的充、放电时间常数不同且可调，即可使矩形波发生器的占空且可调，即可使矩形波发生器的占空比可调。比可调。tOuCuOtOT1T2T充电时间充电时间 T1放电时间放电时间 T2占空比占空比 D图图 9.8.5本讲稿第二十五页，共三十四页图图 9.8.7一、电路组成一、电路组成9.8.3三角波发生电路三角波发生电路二、工作原理二、工作原理OuO1tOuOt当当 u+=u-=0 时时，滞滞回回比比较较器的输
13、出发生跳变。器的输出发生跳变。图图 9.8.8本讲稿第二十六页，共三十四页三、输出幅度和振荡周期三、输出幅度和振荡周期解得三角波的解得三角波的输出幅度输出幅度当当 u+=u-=0 时，时，uO1 跳变为跳变为-UZ，uO 达到最大值达到最大值 Uom。振荡周期振荡周期本讲稿第二十七页，共三十四页图图 9.8.99.8.4锯齿波发生电路锯齿波发生电路一、电路组成一、电路组成OuO1tOuOtT1T2T二、输出幅度和振荡二、输出幅度和振荡周期周期图图 9.8.10本讲稿第二十八页，共三十四页9.8.2 方波产生电路方波产生电路2.工作原理工作原理 由由于于迟迟滞滞比比较较器器中中正正反反馈馈的的作
14、作用用，电电源源接接通通后后瞬瞬间间，输输出出便便进进入入饱和状态。饱和状态。假设为正向饱和状态假设为正向饱和状态RC 放电放电RC 充电充电本讲稿第二十九页，共三十四页3.振荡周期计算振荡周期计算 其中（9-1）本讲稿第三十页，共三十四页代入式(9 -1)得同理求得 本讲稿第三十一页，共三十四页3.占空比可变的方波产生电路占空比可变的方波产生电路9.8.2 方波产生电路方波产生电路本讲稿第三十二页，共三十四页9.8.3 锯齿波产生电路锯齿波产生电路同相输入迟滞同相输入迟滞比较器比较器积分电路积分电路充放电时间常充放电时间常数不同数不同本讲稿第三十三页，共三十四页运放的应用运放的应用有源滤波器运算加减微积分线性非线性乘除对指数运放处于线性放大状态 （负反馈）（负反馈）运放处于非线性状态 （开环或正反馈）（开环或正反馈）注：正弦波振荡器中运放仍处于线性放大状态。注：正弦波振荡器中运放仍处于线性放大状态。end比较器信号发生器正弦波非正弦波1.以运放的输出为边界，以运放为核心分级；以运放的输出为边界，以运放为核心分级；3.求解各级和整个系统输入输出求解各级和整个系统输入输出关系；关系；2.确定运放状态确定运放状态(线性线性/非线性非线性)；运放应用电路的一般分析步骤：运放应用电路的一般分析步骤：本讲稿第三十四页，共三十四页