华中第五版模电.pptx

9.7 LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路9.7.2 变压器反馈式变压器反馈式LC振荡电路振荡电路9.7.3 三点式三点式LC振荡电路振荡电路9.7.4 石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路9.7.1 LC选频放大电路选频放大电路第1页/共29页9.7.1 LC选频放大电路选频放大电路等效损耗电阻等效损耗电阻一般有一般有一般有一般有则则则则当当当当 时，时，时，时，电路谐振。电路谐振。电路谐振。电路谐振。为谐振频率为谐振频率为谐振频率为谐振频率谐振时谐振时谐振时谐振时阻抗最大，且为纯阻性阻抗最大，且为纯阻性阻抗最大，且为纯阻性阻抗最大，且为纯阻性其中其中其中其中为品质因数为品质因数为品质因数为品质因数同时有同时有同时有同时有即即即即1.并联谐振回路并联谐振回路第2页/共29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 第3页/共29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第4页/共29页9.7.2 变压器反馈式变压器反馈式LC振荡电路振荡电路 虽虽虽虽然然然然波波波波形形形形出出出出现现现现了了了了失失失失真真真真，但但但但由由由由于于于于LCLC谐谐谐谐振振振振电电电电路路路路的的的的QQ值值值值很很很很高高高高，选频特性好，所以仍能选出选频特性好，所以仍能选出选频特性好，所以仍能选出选频特性好，所以仍能选出 0 0的正弦波信号。的正弦波信号。的正弦波信号。的正弦波信号。1.1.电路结构电路结构电路结构电路结构2.2.相位平衡条件相位平衡条件相位平衡条件相位平衡条件3.3.幅值平衡条件幅值平衡条件幅值平衡条件幅值平衡条件4.4.稳幅稳幅稳幅稳幅5.5.选频选频选频选频 通通通通过过过过选选选选择择择择高高高高增增增增益益益益的的的的场场场场效效效效应应应应管管管管和和和和调调调调整变压器的匝数比，可以满足整变压器的匝数比，可以满足整变压器的匝数比，可以满足整变压器的匝数比，可以满足使电路可以起振。使电路可以起振。使电路可以起振。使电路可以起振。BJT BJT进入非线性区，波形出现失真，进入非线性区，波形出现失真，进入非线性区，波形出现失真，进入非线性区，波形出现失真，从而幅值不再增加，达到稳幅目的。从而幅值不再增加，达到稳幅目的。从而幅值不再增加，达到稳幅目的。从而幅值不再增加，达到稳幅目的。（定性分析）（定性分析）（定性分析）（定性分析）第5页/共29页9.7.3 三点式三点式LC振荡电路振荡电路仍然由仍然由仍然由仍然由LCLC并联谐振电路构成选频网络并联谐振电路构成选频网络并联谐振电路构成选频网络并联谐振电路构成选频网络A.A.若中间点交流接地，则首端与尾端若中间点交流接地，则首端与尾端若中间点交流接地，则首端与尾端若中间点交流接地，则首端与尾端 相位相反。相位相反。相位相反。相位相反。1.1.三点式三点式三点式三点式LCLC并联电路并联电路并联电路并联电路 中中中中间间间间端端端端的的的的瞬瞬瞬瞬时时时时电电电电位位位位一一一一定定定定在在在在首首首首、尾尾尾尾端电位之间。端电位之间。端电位之间。端电位之间。三点的相位关系三点的相位关系三点的相位关系三点的相位关系B.B.若首端或尾端交流接地，则其他两若首端或尾端交流接地，则其他两若首端或尾端交流接地，则其他两若首端或尾端交流接地，则其他两 端相位相同。端相位相同。端相位相同。端相位相同。第6页/共29页9.7.3 三点式三点式LC振荡电路振荡电路2.2.电感三点式振荡电路电感三点式振荡电路电感三点式振荡电路电感三点式振荡电路第7页/共29页9.7.3 三点式三点式LC振荡电路振荡电路3.3.电容三点式振荡电路电容三点式振荡电路电容三点式振荡电路电容三点式振荡电路第8页/共29页9.7.4 石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路QQ值越高，选频特性越好，频率越稳定。值越高，选频特性越好，频率越稳定。值越高，选频特性越好，频率越稳定。值越高，选频特性越好，频率越稳定。1.1.频率稳定问题频率稳定问题频率稳定问题频率稳定问题频率稳定度一般由频率稳定度一般由频率稳定度一般由频率稳定度一般由 来衡量来衡量来衡量来衡量频率偏移量。频率偏移量。频率偏移量。频率偏移量。振荡频率。振荡频率。振荡频率。振荡频率。LCLC振荡电路振荡电路振荡电路振荡电路 Q Q 数百数百数百数百石石石石英英英英晶晶晶晶体体体体振振振振荡荡荡荡电电电电路路路路 Q Q 10000 10000 500000500000第9页/共29页9.7.4 石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路2.2.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结构结构结构结构极板间加电场极板间加电场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机械变形晶体机械变形晶体产生电场晶体产生电场晶体产生电场晶体产生电场压电效应压电效应压电效应压电效应交变电压交变电压交变电压交变电压机械振动机械振动机械振动机械振动交变电压交变电压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。固有频率时，振幅最大。固有频率时，振幅最大。压电谐振压电谐振压电谐振压电谐振第10页/共29页等效电路等效电路等效电路等效电路A.A.串联谐振串联谐振串联谐振串联谐振特性特性特性特性 晶晶晶晶体体体体等等等等效效效效阻阻阻阻抗为纯阻性抗为纯阻性抗为纯阻性抗为纯阻性B.B.并联谐振并联谐振并联谐振并联谐振通常通常通常通常所以所以所以所以9.7.4 石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路2.2.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（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 第11页/共29页9.7.4 石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路2.2.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实际使用时外接一小电容实际使用时外接一小电容C Cs s则新的谐振频率为则新的谐振频率为则新的谐振频率为则新的谐振频率为由于由于由于由于由此看出由此看出由此看出由此看出调整调整调整调整第12页/共29页 9.3.4 二阶有源带阻滤波电路二阶有源带阻滤波电路end3.3.石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路第13页/共29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第14页/共29页9.8.1 电压比较器电压比较器，由于，由于，由于，由于|v vO O|不可能超过不可能超过不可能超过不可能超过VVM M，特点：特点：特点：特点：1.1.单门限电压比较器单门限电压比较器单门限电压比较器单门限电压比较器（1 1）过零比较器）过零比较器）过零比较器）过零比较器开环，开环，开环，开环，虚短虚短虚短虚短不成立不成立不成立不成立增益增益增益增益AA0 0大于大于大于大于10105 5（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）（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）所以所以所以所以当当当当|+|+VVCC CC|=|-|-VVEE EE|=VVM M=15V15V，AA0 0=10=105 5 时，时，时，时，可以认为可以认为可以认为可以认为v vI I 0 0 时，时，时，时，v vOmax Omax=+=+VVCCCCv vI I 0 0 时，时，时，时，v vOmax Omax=-=-VVEEEE（过零比较器）（过零比较器）（过零比较器）（过零比较器）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第15页/共29页9.8.1 电压比较器电压比较器特点：特点：特点：特点：1.1.单门限电压比较器单门限电压比较器单门限电压比较器单门限电压比较器（1 1）过零比较器）过零比较器）过零比较器）过零比较器开环，开环，开环，开环，虚短虚短虚短虚短不成立不成立不成立不成立增益增益增益增益AA0 0大于大于大于大于10105 5 输输输输入入入入为为为为正正正正负负负负对对对对称称称称的的的的正正正正弦弦弦弦波时，输出为方波。波时，输出为方波。波时，输出为方波。波时，输出为方波。电压传输特性电压传输特性电压传输特性电压传输特性第16页/共29页9.8.1 电压比较器电压比较器1.1.单门限电压比较器单门限电压比较器单门限电压比较器单门限电压比较器（2 2）门限电压不为门限电压不为门限电压不为门限电压不为零的比较器零的比较器零的比较器零的比较器电压传输特性电压传输特性电压传输特性电压传输特性（门限电压为（门限电压为（门限电压为（门限电压为VVREFREF）第17页/共29页9.8.1 电压比较器电压比较器1.1.单门限电压比较器单门限电压比较器单门限电压比较器单门限电压比较器（2 2）门限电压不为门限电压不为门限电压不为门限电压不为零的比较器零的比较器零的比较器零的比较器（门限电压为（门限电压为（门限电压为（门限电压为VVREFREF）(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。第18页/共29页解：解：解：解：例例图图图图示示示示为为为为另另另另一一一一种种种种形形形形式式式式的的的的单单单单门门门门限限限限电电电电压压压压比比比比较较较较器器器器，试试试试求求求求出出出出其其其其门门门门限限限限电电电电压压压压(阈阈阈阈值值值值电电电电压压压压)VVT T，画画画画出出出出其其其其电电电电压压压压传传传传输输输输特特特特性性性性。设设设设运运运运放放放放输输输输出出出出的的的的高、低电平分别为高、低电平分别为高、低电平分别为高、低电平分别为VVOHOH和和和和VVOLOL。利用叠加原理可得利用叠加原理可得理想情况下，输出电压发生跳变理想情况下，输出电压发生跳变时对应的时对应的vPvN0，即，即门限电压门限电压第19页/共29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第20页/共29页9.8.1 电压比较器电压比较器2.2.迟滞比较器迟滞比较器迟滞比较器迟滞比较器（1 1）电路组成电路组成电路组成电路组成（2 2）门限电压门限电压门限电压门限电压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上门限电压上门限电压下门限电压下门限电压下门限电压下门限电压回差电压回差电压回差电压回差电压第21页/共29页9.8.1 电压比较器电压比较器2.2.迟滞比较器迟滞比较器迟滞比较器迟滞比较器（3 3 3 3）传输特性传输特性传输特性传输特性第22页/共29页解：解：解：解：（1 1）门限电压）门限电压）门限电压）门限电压（3 3）输出电压波形输出电压波形输出电压波形输出电压波形例例电电电电路路路路如如如如图图图图所所所所示示示示，试试试试求求求求门门门门限限限限电电电电压压压压，画画画画出出出出传传传传输输输输特特特特性性性性和和和和图图图图c c所所所所示示示示输输输输入信号下的输出电压波形。入信号下的输出电压波形。入信号下的输出电压波形。入信号下的输出电压波形。（2 2）传输特性）传输特性）传输特性）传输特性第23页/共29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非线性区，其输出电压只有高电平和非线性区，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）一一般般用用电电压压传传输输特特性性来来描描述述输输出出电电压压与与输输入入电电压压的的函函数数关系。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第24页/共29页9.8.1 电压比较器电压比较器3.3.集集集集成成成成电电电电压压压压比比比比较较较较器器器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集成运放构成的比较器高。用集成运放构成的比较器高。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，改改变输出状态的典型响应时间是变输出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。第25页/共29页9.8.2 方波产生电路方波产生电路1.1.电路组成（多谐振荡电路）电路组成（多谐振荡电路）电路组成（多谐振荡电路）电路组成（多谐振荡电路）稳压管双稳压管双向限幅向限幅第26页/共29页9.8.2 方波产生电路方波产生电路2.2.工作原理工作原理工作原理工作原理 由由由由于于于于迟迟迟迟滞滞滞滞比比比比较较较较器器器器中中中中正正正正反反反反馈馈馈馈的的的的作作作作用用用用，电电电电源源源源接接接接通通通通后后后后瞬瞬瞬瞬间间间间，输输输输出便进入饱和状态。出便进入饱和状态。出便进入饱和状态。出便进入饱和状态。假设为正向饱和状态假设为正向饱和状态假设为正向饱和状态假设为正向饱和状态第27页/共29页3.3.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第28页/共29页9.8.3 锯齿波产生电路锯齿波产生电路end同相输入迟同相输入迟滞比较器滞比较器积分电路积分电路充放电时间充放电时间常数不同常数不同第29页/共29页