集成电子技术基础教程 第四篇第1章(13-1)

集成电子技术基础教程LDC集成电子技术基础教程2003~2004学年第1学期自动化(控制系)0101~0103班集成电子技术基础教程LDC第四篇电子系统组成与应用第一章信号发生电路集成电子技术基础教程LDC第一章信号发生电路4.1.1RC正弦波振荡器4.1.2LC正弦波振荡器4.1.3其它正弦波振荡器4.1.4电压比较器4.1.5非正弦波发生器*4.1.6单片集成多功能函数发生器集成电子技术基础教程LDC第一章信号发生电路4.1.1RC正弦波振荡器一、产生正弦振荡的条件在负反馈放大电路中，由于附加相移的存在，在通带以外若形成正反馈，则可能引起自激振荡。在正弦振荡电路中，为得到频率一定、且幅值稳定的正弦波振荡，电路中必定要引入正反馈（通带内）。集成电子技术基础教程LDC接成正反馈是放大电路构成振荡器的首要条件。同时，为了在无输入信号下也能引起自激，反馈电路的环路增益应大于1。1||FA产生自激振荡的条件：nFAAF2幅值条件相位条件为了得到良好的正弦波形，要解决两个问题：产生唯一的频率输出无非线性失真集成电子技术基础教程LDC采取两个措施：选频网络稳幅环节让两个振荡条件只在某一特定频率下满足，而在其它频率下至少有一个不满足。选频网络可以包含在基本放大器中，也可以设置在反馈网络中。1||FA使环路增益随振荡幅度的增大而自动下降，并最终达到（振荡平衡条件）的稳定状态。集成电子技术基础教程LDC放大环节正反馈选频网络放大环节为同相输入的比例运算电路，其中为非线性元件，起稳幅作用。'2R'1'21RRVVAiovRC串并联电路构成正反馈，同时又起选频作用。二、RC正弦波振荡器的电路结构和振荡频率集成电子技术基础教程LDC11111111CjCRjCjRZ22222211//CRjRCjRZ212)()(ZZZVVFof通常，R1＝R2＝RC1＝C2＝C311111212)(RCjRCjRCjRCjRCjRCjRZZZFRC串并联电路的频率特性集成电子技术基础教程LDC令，则RC1000)(31jF幅频特性表达式：相频特性表达式：2002)(31||F3arctan00)(F根据上述表达式，可以画出频率特性曲线集成电子技术基础教程LDC当＝0＝1/RC时，反馈相位为0，满足自激振荡的相位条件。所以只有在此时才能产生单一频率的振荡。当＝0时，正反馈最强，所以只有当Af≥3时才能满足振荡的幅度条件。RCf2103/1||)(F集成电子技术基础教程LDC自动稳幅当Af＞3时，电路就能起振。但一旦起振后。输出幅度将不断增大，并最终出现严重的失真。因此需要在放大器的负反馈支路中引入非线性元件。二极管场效应管热敏电阻当输出幅度增大时流过二极管的电流增大二极管的等效电阻减小使输出幅度减小。从而稳定输出幅度。集成电子技术基础教程LDC3.1.2LC正弦波振荡器LC正弦波振荡器的选频网络是LC谐振回路。由于电感的数值较小，其振荡频率较高（几百KHz以上），常用作高频信号源。由于振荡频率高，要求放大环节具有较高的上限频率，所以LC振荡器常由分立元件构成。型式：变压器反馈式电感三点式电容三点式集成电子技术基础教程LDCLC并联谐振回路的频率特性CLjRCLLjRCjZ1///1R为回路的总损耗电阻并联回路一般由电流源激励当时产生谐振，所以CL001LCf210谐振时的阻抗最大：CLQCQLQRCLZ00max0Q称为品质因数CRRLCLRQ0011Q越大，选频特性越好集成电子技术基础教程LDC一、变压器反馈式LC正弦振荡器变压器反馈式LC振荡器增益条件非常容易满足，主要是判断相位条件是否为正反馈即可。集成电子技术基础教程LDC二、三点式LC正弦振荡器图中略去直流偏置Z1、Z2和Z3分别为组成谐振回路的三个电抗元件可以证明：当Z1、Z2同为电感(电容)，Z3为电容(电感)时，电路满足产生自激振荡的相位条件。集成电子技术基础教程LDC电感三点式CLLLCf)(2121210电感三点式振荡器的优点是电路容易起振，缺点是波形不太好。也称Hartley振荡器反馈电压取自L2，类似于自耦变压器振荡器，满足振荡的相位条件。集成电子技术基础教程LDC电容三点式212102121CCCCLLCf电容三点式振荡器的优点是波形较好（因电容C2滤去高次谐波），缺点是电路不易起振。也称Colpitts振荡器反馈电压取自C2，满足振荡的相位条件。集成电子技术基础教程LDC三、振荡电路中的稳幅和稳频问题为使振荡器的输出幅度稳定，应在电路中设置稳幅电路。基本思路是使环路增益能自动地维持在|AF|＝1的平衡状态。分为在A或F中加入稳幅环节两种情况。稳幅环节设在A中如因某种原因使振荡器输出vO增大时，放大器的增益下降，促使输出幅度下降并重新回到Vo1上。反馈系数F不变时，通过调节增益A来自动稳幅。稳定输出幅度为Vo1。集成电子技术基础教程LDC稳幅环节设在F中如因某种原因使振荡器输出vO增大时，反馈系数下降，促使输出幅度回到Vo1上。放大器增益A保持不变，通过调节反馈系数F来自动稳幅。稳定输出幅度为Vo1。集成电子技术基础教程LDC以电感三点式为例说明利用器件的非线性特性实现稳幅开始起振时，因振幅小，信号正负半周对电容充放电的电荷量基本相等，VBQ基本不变，电路以正反馈使振荡加强，输出幅度增大。但当振荡幅度增大到一定程度后，在vf的正半周内，Cb放电加速，使VBQ下降，rbe变大，A下降，从而达到状态。1||FA集成电子技术基础教程LDC3.1.3其它正弦波振荡器石英晶体是利用SiO2结晶体的压电效应制成的一种谐振器件。一、石英晶体振荡器外形结构等效电路电路符号集成电子技术基础教程LDC石英晶体特性：在石英晶体的两电极之间加一电场，晶片会产生机械变形；反之，在晶体两侧加机械压力时，则在晶体内部垂直方向上产生电场。压电效应：在石英晶体的两电极之间加交变电压，晶片将产生机械振动；同时，振动又会产生交变电场。称为石英晶体的压电效应。压电谐振：当石英晶体所加交变电压的频率为一特定频率时，其振动幅度和电场幅度明显增大，称为压电谐振（与LC谐振回路相似）。谐振频率由晶体的切割方式、形状和尺寸决定。集成电子技术基础教程LDC等效电路L：模拟晶体机械振动的惯性，10-3~10-2HR：模拟机械振动摩擦损耗，很小C：晶体弹性电容，10-4~10-1pFC0：静电电容（平行板电容），约几~几十皮法因L大，C、R小，石英晶体的品质因数很高(105~106)。又因加工精度很高，所以能获得很高的频率稳定度。CLRQ1集成电子技术基础教程LDC)(1)1(1)1(1020200CLCCCLCCLCCLCX在忽略R时，等效电抗为：频率特性：当f＞fs时，LCR支路呈感性，与C0构成并联谐振，谐振频率为：LCfs21当电抗为，X＝0，回路产生串联谐振。012LCsosoooopfCCfCCCLCCCCCLf12121集成电子技术基础教程LDC石英晶体振荡器电路的两种基本形式并联式将振荡频率设计在fs和fp之间，使晶体呈感性，它与两只电容构成电容三点式正弦振荡。'1CCffso02121'CCCCCC其中集成电子技术基础教程LDC串联式石英晶体接在正反馈支路中。当f＝fs时，晶体电抗为0，正反馈最强，满足振荡条件，而在其它频率下不满足振荡条件。所以振荡频率为fs。集成电子技术基础教程LDC二、数字式正弦波发生器用D/A转换方式将数字量变换成模拟量，即脉冲波变换成正弦波输出，转换后的波形是一个台阶式的连续波形，经滤波后便可得到平滑的正弦波。集成电子技术基础教程LDC