模電第9章(7學時)

第九章信號處理與信號產生電路函數(shù)信號發(fā)生器/頻率計數(shù)器任意波形發(fā)生器（48種）

可輸出正弦波、三角波、方波、脈沖波等。主要技術指標有:

信號頻率、輸出阻抗、輸出信號衰減調節(jié)等。輸出幅度、濾波電路的基本概念與分類9.1一階有源濾波電路9.2高階有源濾波電路9.3正弦波振蕩電路的振蕩條件9.5第九章信號處理與信號產生電路RC正弦波振蕩電路9.6LC正弦波振蕩電路9.7非正弦信號產生電路9.8本章重點實例仿真第九章．信號處理與信號產生電路9.1濾波電路的基本概念與分類1．基本概念濾波電路：對信號進行過濾，讓有用頻率信號順利通過，而阻斷無用頻率信號。濾波電路vi(t)vo(t)傳輸系數(shù)：常用濾波器來進行信號處理、數(shù)據(jù)傳送以及抑制干擾，等等。D

通常用幅頻響應來描述濾波電路的特性。第九章．信號處理與信號產生電路9.1濾波電路的基本概念與分類1．基本概念2．濾波電路分類（1）按采用的元件可分為：

有源濾波電路，無源濾波電路。（2）按處理的信號可分：

模擬濾波電路，數(shù)字濾波電路。（3）按幅頻特性分：

LPF（低通濾波電路） （LowPassFilter）

HPF（高通濾波電路）

BPF（帶通濾波電路）

BEF（帶阻濾波電路）

APF（全通濾波電路）第九章．信號處理與信號產生電路9.1濾波電路的基本概念與分類1．基本概念D2．濾波電路分類（1）按采用的元件可分為：

有源濾波電路，無源濾波電路。無源濾波電路：用無源元件R、L、C

組成。

優(yōu)點：簡單，頻帶寬。

缺點：不易集成，且電感L體積大、笨重，不易制作，通常還要加裝磁屏蔽，安裝不方便，可靠性低等。第九章．信號處理與信號產生電路9.1濾波電路的基本概念與分類1．基本概念D2．濾波電路分類（1）按采用的元件可分為：

有源濾波電路，無源濾波電路。有源濾波電路：用有源器件和R、C

組成。

優(yōu)點：①不用電感，因此體積小、重量輕，無須加裝磁屏蔽；②可提高電路性能，提高增益；等等。

缺點：①不宜用于高頻場合。②必須有直流電源③不適合高壓、大電流第九章．信號處理與信號產生電路9.1濾波電路的基本概念與分類D3．濾波電路幅頻特性及作用介紹0ωωHA0LPF0ωA0ωLHPF作用：主要用于信號處于低頻或直流、且需要削弱高次諧波或頻率較高的干擾和噪聲的場合。作用：主要用于信號處于高頻、且需要削弱低頻或直流干擾信號的場合。第九章．信號處理與信號產生電路9.1濾波電路的基本概念與分類D3．濾波電路幅頻特性及作用介紹0ωA0ω0BEFωLωH作用：主要用來抑制某一頻段的干擾信號。（ω0為中心頻率）0ωA0ωHωLω0BPF作用：主要用來突出有用頻段的信號、削弱其他頻段的干擾和噪聲的場合。（ω0為中心頻率）第九章．信號處理與信號產生電路9.1濾波電路的基本概念與分類D3．濾波電路幅頻特性及作用介紹0ωA0APF有源濾波電路的主要參數(shù)：

A0——通道增益。

ωL、ωH——特征頻率（截止頻率）。

ω0——中心頻率。

BW——通帶寬度。

Q——等效品質因數(shù)。9.2一階有源濾波電路1．一般電路構成由RC低（高）通電路和運放電路，組成低（高）通有源濾波電路。2．傳遞函數(shù)：RC＋－＋－vovi-+＋－voAUD電壓跟隨器：隔離作用.因復頻率s在式中是一次冪，因此電路為一階有源（低通）濾波電路9.2一階有源濾波電路1．一般電路構成由RC低（高）通電路和運放電路，組成低（高）通有源濾波電路。2．傳遞函數(shù)：RC＋－＋－vovi-+＋－voA電壓跟隨器：隔離作用.因復頻率s在式中是一次冪，因此電路為一階有源（低通）濾波電路3．幅頻響應曲線：-20dB/十倍頻0-3019.2一階有源濾波電路1．一般電路構成由RC低（高）通電路和運放電路，組成低（高）通有源濾波電路。2．傳遞函數(shù)：因復頻率s在式中是一次冪，因此電路為一階有源（低通）濾波電路3．幅頻響應曲線：-20dB/十倍頻0-301RC＋－vi-+＋－voAR1R29.2一階有源濾波電路1．一般電路構成由RC低（高）通電路和運放電路，組成低（高）通有源濾波電路。2．傳遞函數(shù)：3．幅頻響應曲線：-20dB/十倍頻0-301RC＋－vi-+＋－voAR1R2

如何縮小幅頻響應與理想特性之間的差距？-40dB/十倍頻-60dB/十倍頻

2（3）個一階低通電路級聯(lián)缺點：有源器件（運放）的數(shù)量較多，且頻帶越來越窄。工程上常使用二階有源濾波電路9.3.1有源低通濾波電路①電路構成：選擇依據(jù)：兩級低通電路。+-RaRbAvivoC2C1R1R2UD9.3高階有源濾波電路②典型表達式式中：——等效品質因數(shù)。——同相比例電路增益?！刂诡l率。9.3.1有源低通濾波電路①電路構成：+-RaRbAvivoC2C1R1R2UD9.3高階有源濾波電路②典型表達式式中：若取R1=R2、C1=C2，則上述參數(shù)為：注：a）AVF<3,電路穩(wěn)定;b）Q對曲線的形狀有影響,等效品質因數(shù)。③特性曲線及分析：（見教材P419圖9.3.2）④工程中常使用的“巴特沃思濾波器”,可參考教材P420。9.3.2有源高通濾波電路①電路構成：（對偶原理得出）兩級高通+-RaRbAvivoC2C1R1R2UD9.3高階有源濾波電路②典型表達式若取R1=R2、C1=C2，則上述參數(shù)為：③特性曲線及分析：（見教材P358～359）9.3.3有源帶通濾波電路①電路構成：一級低通和一級高通0ω0ωω0+-RaRbAvivoC2C1R1R2R3UD9.3高階有源濾波電路②典型表達式9.5正弦波振蕩電路的振蕩條件★信號產生電路——不需要輸入信號便能產生各種波形信號的電路。

通常按波形分可分為兩大類：

正弦波和非正弦波。

正弦波振蕩電路實際上是一個滿足自激振蕩條件的、帶選頻網(wǎng)絡的放大電路。UD一．振蕩條件1．反饋放大電路產生自激振蕩基本原理●負反饋電路：人為的將反饋接成“負”反饋.但附加相移可能使電路變成“正”反饋，產生自激振蕩現(xiàn)象（這是有害的）。●正反饋電路中：人為的將反饋接成“正”反饋，產生自激振蕩現(xiàn)象，這是希望的、有利的。UD9.5正弦波振蕩電路的振蕩條件一．振蕩條件1．反饋放大電路產生自激振蕩基本原理UD9.5正弦波振蕩電路的振蕩條件2．振蕩條件●正反饋電路中，自激振蕩條件：●負反饋電路中，自激振蕩條件：相位平衡條件條件：幅值平衡條件條件：一．振蕩條件UD9.5正弦波振蕩電路的振蕩條件二．起振、穩(wěn)幅、選頻（1）起振：自激振蕩實際上也需要起始信號，這可由噪聲信號或瞬態(tài)擾動得到，但噪聲信號和瞬態(tài)擾動幅度一般很小，若要電路產生的信號幅度達到設計要求，則起振的幅值條件為：（2）穩(wěn)幅：當信號幅度達到要求后，應恢復幅值平衡條件，否則輸出信號將失真。（3）選頻：噪聲信號的頻譜很寬，因此需要一個選頻網(wǎng)絡來選出所要的設計頻率，并使其穩(wěn)定。一．振蕩條件UD9.5正弦波振蕩電路的振蕩條件二．起振、穩(wěn)幅、選頻三．信號產生電路的基本組成部分1．放大電路——負反饋電路A。要求結構合理、工作點合適，同時起振條件維持在且接近于1。2．反饋網(wǎng)絡——主要是正反饋，以滿足相位平衡條件。3．選頻網(wǎng)絡——只讓設計頻率f0滿足相位平衡條件而抑制其它的頻率，以使電路輸出單一頻率的正弦波信號。

注：在很多正弦波振蕩電路中，選頻網(wǎng)絡往往與反饋網(wǎng)絡結合在一起，即一個電路既選頻又起反饋作用。4．穩(wěn)幅環(huán)節(jié)——保證振蕩信號由建立到穩(wěn)定，使波形基本不失真。一．振蕩條件UD9.5正弦波振蕩電路的振蕩條件二．起振、穩(wěn)幅、選頻三．信號產生電路的基本組成部分四．分析方法分析振蕩電路的一般步驟：①確定電路的基本環(huán)節(jié)（放大電路、反饋網(wǎng)絡、選頻網(wǎng)絡）；②利用“瞬時極性法”分析電路是否滿足自激振蕩條件；注：自激振蕩條件中，關鍵條件和首要的分析是相位平衡條件。幅值平衡條件可在分析相位后進行.③計算振蕩頻率f0（與選頻網(wǎng)絡有關）；④其他方面：振蕩的建立和穩(wěn)定、起振條件、穩(wěn)幅措施等。一．振蕩條件UD9.5正弦波振蕩電路的振蕩條件二．起振、穩(wěn)幅、選頻三．信號產生電路的基本組成部分四．分析方法五．分類

根據(jù)構成選頻網(wǎng)絡的元件不同，正弦波振蕩電路可分兩大類：

RC正弦波振蕩電路——一般產生1～1MHZ范圍的低頻信號。

LC正弦波振蕩電路——一般產生1MHZ以上的高頻信號。（包括晶振電路）9.6RC正弦波振蕩電路常見的RC正弦波振蕩電路有：

橋式振蕩電路（文氏電橋）、移相式振蕩電路。UD文氏電橋的特點：

其選頻網(wǎng)絡是用RC元件進行串并聯(lián)構成，且同時又作為反饋網(wǎng)絡。+-R1R2voCCRR

反饋網(wǎng)絡——利用了選頻網(wǎng)絡。當設計頻率通過時，網(wǎng)絡呈現(xiàn)純電阻，因而形成正反饋，滿足相位平衡條件。放大環(huán)節(jié)（+）（+）（+）選頻及正反饋環(huán)節(jié)+-R1R2voCCRR基本環(huán)節(jié)：

放大電路——同相比例放大電路；

選頻網(wǎng)絡——RC串并聯(lián)選頻（當設計頻率通過時，網(wǎng)絡諧振，對外呈現(xiàn)純電阻，而對其它頻率則有附加相移）；UD9.6RC正弦波振蕩電路1．電路原理圖：放大環(huán)節(jié)（+）（+）（+）選頻及正反饋環(huán)節(jié)+-R1R2voCCRRUD9.6RC正弦波振蕩電路1．電路原理圖：2．選頻網(wǎng)絡的選頻特性及振蕩頻率（1）定性分析：CRvovfCRUD9.6RC正弦波振蕩電路1．電路原理圖：2．選頻網(wǎng)絡的選頻特性及振蕩頻率（1）定性分析：CRvovfCR0f0f0ff0f0ff0f低頻高頻RvovfCRvovfCUD9.6RC正弦波振蕩電路1．電路原理圖：2．選頻網(wǎng)絡的選頻特性及振蕩頻率（1）定性分析：CRvovfCR（2）定量分析：用s=jω代入，得：Z2Z1UD9.6RC正弦波振蕩電路1．電路原理圖：2．選頻網(wǎng)絡的選頻特性及振蕩頻率（1）定性分析：CRvovfCR（2）定量分析：

因信號是同相輸入，φa=0o，要使電路為正反饋，則應使φf=±2nπ，即反饋網(wǎng)絡對外呈現(xiàn)純電阻（諧振），由式可知，只有在ω=ω0（f=f0）時條件成立，即：選頻網(wǎng)絡只有在選中

f0時才能使電路符合相位平衡條件。UD9.6RC正弦波振蕩電路1．電路原理圖：2．選頻網(wǎng)絡的選頻特性及振蕩頻率+-R1R2voCCRR3．振蕩的建立和穩(wěn)定（1）由起振條件，在f=f0時，（2）穩(wěn)定過程：起振后，因為正反饋且，vo振幅將逐漸增大，但會受到電路非線性元件的限制，在剛進入非線性范圍時（波形開始出現(xiàn)失真），AV將開始下降，非線性作用越強，則AV下降越多，從而使電路基本穩(wěn)定在處，輸出信號波形可基本不失真。UD9.6RC正弦波振蕩電路1．電路原理圖：2．選頻網(wǎng)絡的選頻特性及振蕩頻率+-R1R2voCCRR3．振蕩的建立和穩(wěn)定（1）由起振條件，在f=f0時，（2）穩(wěn)定過程注意：AV若遠大于3，起振到穩(wěn)定的過程縮短，但最后AV將穩(wěn)定在>3處，輸出信號波形將失真.設計時AV略大于3即可。UD9.6RC正弦波振蕩電路1．電路原理圖：2．選頻網(wǎng)絡的選頻特性及振蕩頻率+-R1R2voCCRR3．振蕩的建立和穩(wěn)定4．穩(wěn)幅措施在外部因素作用時（如溫度、元器件參數(shù)變化等），將會影響電路的AV，使輸出波形失真或消失，因此需采取穩(wěn)幅措施。常用的穩(wěn)幅措施是用熱敏電阻代替R1或R2。T↑→AV↑,∴R1----正溫度系數(shù)，

或R2-----負溫度系數(shù)，例9-4．試從相位平衡條件的角度來判斷下列電路能否產生正弦振蕩。解：用瞬時極性法判斷相位平衡條件。（a）RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡（+）（-）（-）（-）諧振時電路呈負反饋，不滿足相位平衡條件，因而不能振蕩：

φa+φf=180o+0o=180o-++-voCCRRA1A2R1Rf（a）（-）（+）（+）（+）（b）RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡。諧振時電路呈正反饋，滿足相位平衡條件，因而能振蕩：φa+φf=360o+0o=360o（+）（b）voRRCCC1C2C3Ce2+VCCRg1Rg2Rg3Rd1RfT1T2Re1Re2RC2Rb22Rb12UD（+）（+）（c）RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡。諧振時呈正反饋，滿足相位平衡條件：φa+φf=0o+0o=0o。但由于放大電路為射隨器，AV<3，因而不符合幅值平衡條件，不能振蕩。注意：在分析中，應準確的分辨出RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡的不同畫法（如本例），否則分析將會出錯。（+）（c）voRC1C2+VCCReRbRCCUD例9-1．在圖示電路中，已知運放最大輸出電壓為±14V，試：（1）說明D1、D2自動穩(wěn)幅原理；（2）設電路已產生穩(wěn)幅正弦波振蕩，且當vO達到正弦波峰值時，二極管正向壓降約為0.6V，試估算vO的峰值Vom；（3）說明若R2短路時，vO的波形。-+R10KvoD20.015μFCC0.015μFR10KD1R15.1KR29.1KR32.7K解：（1）穩(wěn)幅原理：當vO幅值很小時，二極管接近于開路，

AV=(R2+R3+R1)/R1≈3.3＞3，利于起振；而當vO幅值較大時，二極管導通，正向導通電阻隨vO增大而減小,與R3并聯(lián)后使AV下降，vO趨于穩(wěn)定。解（2）穩(wěn)幅時AV≈3，（3）當R2=0時，AV＜3，電路停振，vO=0，波形為一條與時間軸重合的直線。R3’——二極管導通電阻與R3并聯(lián)例9-1．在圖示電路中，已知運放最大輸出電壓為±14V，試：（1）說明D1、D2自動穩(wěn)幅原理；（2）設電路已產生穩(wěn)幅正弦波振蕩，且當vO達到正弦波峰值時，二極管正向壓降約為0.6V，試估算vO的峰值Vom；（3）說明若R2短路時，vO的波形。-+R10KvoD20.015μFCC0.015μFR10KD1R15.1KR29.1KR32.7KCRvoC-+RRRfC例9-2．移相式正弦波振蕩電路如下，說明該電路如何滿足振蕩條件。解：

RC

低通（或高通）電路，可移相0～-90o（或90o）。在±90o處，其電壓傳遞系數(shù)的幅值已為零，所以只要適當選擇元件參數(shù)，可使三級RC移相電路產生±180o的相移，且電壓傳遞系數(shù)不為零，振蕩頻率由選頻網(wǎng)絡決定。UD該電路中具有三級RC移相電路，只要適當選擇元件參數(shù)，就可滿足相位平衡條件（φa+φf=360o）和幅值平衡條件，使電路產生正弦波信號。解：移相振蕩電路。因為電路只有兩級移相電路，在最大移相180o時，電壓傳遞系數(shù)已為零，所以不滿足相位平衡條件，因而不能振蕩。C1C2-+voA1R3RfR1R2例9-3．試從相位平衡條件的角度來判斷下列電路能否產生正弦振蕩。9.7LC正弦波振蕩電路

LC正弦波振蕩電路可產生高達1000MHZ以上頻率的正弦波信號。其振蕩原理與RC正弦波振蕩電路基本相同，主要區(qū)別在于它是用LC作選頻網(wǎng)絡的。由于一般運放頻帶較窄，所以常常用分立元件來構成。常見的LC正弦波振蕩電路有：

變壓器反饋式、

電感三點式、

電容三點式。UD9.7.1LC選頻放大電路1．并聯(lián)諧振電路

LC作選頻網(wǎng)絡時通常采用并聯(lián)形式。（R為回路總的損耗電阻，且通常有：R<<ωL）＋－RCLUDR<<ωLZ9.7.1LC選頻放大電路1．并聯(lián)諧振電路

＋－RCLUDR<<ωLZ2．LC并聯(lián)諧振回路的基本特性（1）諧振時虛部為零，諧振頻率為：（2）諧振時阻抗最大，為一純電阻：Q—品質因數(shù)：評價回路損耗大小的指標，在幾十～幾百范圍內。R越小或Q越大，則Z0越大，理想情況下Z0→∞。（3）并聯(lián)諧振為電流諧振：結論：

由于回路電流比輸入電流大得多，所以在諧振時，回路外界的影響很小，可忽略。9.7.1LC選頻放大電路1．并聯(lián)諧振電路

＋－RCLUDZ2．LC并聯(lián)諧振回路的基本特性（4）并聯(lián)回路的頻率響應：（見圖）電路在f=f0處產生并聯(lián)諧振；

當f<f0時，φ>0，回路阻抗呈感性；

當f>f0時，φ<0，回路阻抗呈容性；回路阻抗幅值和相位曲線形狀與Q有關，Q越大，諧振阻抗越大、幅值選頻特性越好、相位在f0附近的變化越快。ff0Q大Q小f0fQ小Q大+90o-90o感性容性9.7.1LC選頻放大電路1．并聯(lián)諧振電路

＋－RCLUD2．LC并聯(lián)諧振回路的基本特性3．選頻放大電路

vivo9.7.1LC選頻放大電路1．并聯(lián)諧振電路

＋－RCLUD2．LC并聯(lián)諧振回路的基本特性3．選頻放大電路4．LC振蕩電路的分析思路

對于三種LC振蕩電路的分析仍然是根據(jù)相位平衡條件與幅值平衡條件來考慮：（1）用“瞬時極性法”分析電路結構是否滿足相位平衡條件（LC并聯(lián)回路在諧振時作為純電阻）。（2）由于回路阻抗諧振時很大，通常LC振蕩電路的幅值條件較易滿足。對分立元件電路來說，分析起振條件的最終結果往往落實在維持振蕩的最小β值（BJT）或gm值（FET）。（3）估算振蕩頻率f0。9.7.2變壓器反饋式LC振蕩電路1．電路組成及分析（見圖）：LC并聯(lián)回路作三極管的集電極負載，并起選頻作用，三極管接成射極偏置共射放大電路，反饋網(wǎng)絡由變壓器副邊繞組來實現(xiàn)，旁路電容C1使vf交流接地。MCLTRb1Rb2ReC1+VCCCeRL9.7.2變壓器反饋式LC振蕩電路1．電路組成及分析（見圖）：UDMCLTRb1Rb2ReC1+VCCCeRL2．振蕩條件分析（1）相位平衡條件：由瞬時極性法可知，電路符合相位平衡條件。 或：φ=φa+φf=180o+180o=360o。（2）幅值平衡條件畫出小信號等效電路，由電路：Z＋－rbeCLRM＋－（+）（－）（－）（+）9.7.3三點式LC振蕩電路1．三點式選頻網(wǎng)絡的電路結構將LC回路引出三個端點，分別與三極管的三個極或運放的三個端子相連的振蕩電路稱為三點式振蕩電路，通常有電容三點式和電感三點式兩類：注：由于三點式選頻網(wǎng)絡的獨特接法，因此振蕩電路相位平衡條件的分析，除用前述的方法進行外，還可用更簡單的方法進行：

根據(jù)選頻網(wǎng)絡中電容、電感相對于三極管或運放的位置來判斷。電容三點式：C1C2L電感三點式：L1L2CLCUD9.7.3三點式LC振蕩電路1．三點式選頻網(wǎng)絡的電路結構UD2．三點式振蕩電路的相位平衡判斷方法（1）選頻網(wǎng)絡三點間的相位關系（以電感三點式為例）：諧振時，回路內部的電流遠大于外部的電流，即外部的影響可忽略。因此可認為電感的中間抽頭處的電壓僅是電感兩端電壓的分壓，而無相位偏移。這樣，三點間的相位關系有：①若電感中間抽頭交流接地，則首端和尾端的信號電壓反相；②若電感首或尾端交流接地，則另兩個端點的信號電壓同相。以上結論同樣實用于電容三點式。L1L2CC1C2L9.7.3三點式LC振蕩電路1．三點式選頻網(wǎng)絡的電路結構UD2．三點式振蕩電路的相位平衡判斷方法3．振蕩頻率f0（1）電容三點式兩個電容是串聯(lián)的，所以將LC并聯(lián)諧振頻率表達式中的C用C1、C2電容串聯(lián)表達形式代入即可：（2）電感三點式兩個電感是通過中間抽頭而來，所以將LC并聯(lián)諧振頻率表達式中的L用L1、L2同向串聯(lián)的表達形式代入即可：L1L2CC1C2L4．常見的三點式振蕩電路（1）電容三點式考畢茲（Colpitts）振蕩電路

+VCCRb1ReCb1Cb2RCRb2TCeC1C2LUD9.7.3三點式LC振蕩電路相位平衡條件分析：由瞬時極性法判斷，電路為正反饋，（+）（－）（+）

φa+φf=180o+180o=360o滿足相位平衡條件，可以振蕩。4．常見的三點式振蕩電路（1）電容三點式9.7.3三點式LC振蕩電路（2）電感三點式相位平衡條件的分析方法同上。瞬時極性法：φa+φf=180o+180o=360o滿足相位平衡條件，可以振蕩。例9-5．利用相位平衡條件判斷圖中電路能否產生正弦振蕩。解：變壓器反饋式正弦波振蕩電路。利用瞬時極性法判斷：這是一個負反饋電路，不能振蕩。若將變壓器的一側同名端進行調換，則電路滿足相位平衡條件，可以振蕩。L1TR1R2R3C1+VCCC2L2C3（a）UD（+）（＋）（＋）（－）（－）解：電感三點式正弦波振蕩電路。用瞬時極性法判斷，電路不滿足相位平衡條件，不能振蕩。-+L1L2Cvo（b）UD例9-5．利用相位平衡條件判斷圖中電路能否產生正弦振蕩。（+）（－）（－）（－）解：用瞬時極性法判斷，電路滿足相位平衡條件，可以產生正弦波信號。LTR1R2R3C1+VCC（c）C2C3UD例9-5．利用相位平衡條件判斷圖中電路能否產生正弦振蕩。（+）（＋）（+）（+）根據(jù)相對位置判斷，電路不滿足相位平衡條件，不能產生正弦波信號。解：給出交流通路如右上：LTR1R2R3C1+VCCC2C3（d）TC1C2LUD例9-5．利用相位平衡條件判斷圖中電路能否產生正弦振蕩。（+）（－）（－）（－）9.7.4石英晶體振蕩器1．振蕩電路的頻率穩(wěn)定問題隨著科學技術的飛速發(fā)展，對頻率穩(wěn)定的要求也越來越高，尤其是航天、軍事等領域。應該指出：Q值的大小對LC諧振電路的頻率穩(wěn)定度有較大的影響，Q值越高，則頻率穩(wěn)定度越高。一般LC振蕩電路Q值只有幾百，很難滿足要求高穩(wěn)定度頻率的場合。

石英晶體的Q值非常高，可達1萬～50萬，所以其振蕩頻率穩(wěn)定度很高，可達10-9～10-11。石英晶體由于其體積小、價廉物美則在實際中得到非常廣泛的應用，UD2．石英晶體的基本特性與等效電路

UD9.7.4石英晶體振蕩器1．振蕩電路的頻率穩(wěn)定問題結構極板間加電場極板間加機械力晶體機械變形晶體產生電場壓電效應:交變電壓機械振動交變電壓機械振動的固有頻率與晶片尺寸有關，穩(wěn)定性高當交變電壓頻率=固有頻率時，振幅最大。壓電諧振:2．石英晶體的基本特性與等效電路

UD9.7.4石英晶體振蕩器1．振蕩電路的頻率穩(wěn)定問題電路符號電路模型電抗-頻率特性X0sp（感性）（容性）A.串聯(lián)諧振晶體等效阻抗為純阻性B.并聯(lián)諧振通常所以2．石英晶體的基本特性與等效電路

9.7.4石英晶體振蕩器1．振蕩電路的頻率穩(wěn)定問題實際使用時外接一小電容Cs調整石英晶體振蕩器的基本電路可分為兩類：

串聯(lián)晶體振蕩器，并聯(lián)晶體振蕩器。電路符號電路模型2．石英晶體的基本特性與等效電路UD9.7.4石英晶體振蕩器1．振蕩電路的頻率穩(wěn)定問題3．石英晶體振蕩器（1）串聯(lián)晶體振蕩器電路：LTRb1JTReCb+VCCC2C3Rb2C1CRC交流通路：LTJTReC2C1+C3當f0=fs時，石英晶體的阻抗→0（很小），從而使電路滿足振蕩的相位平衡條件而產生自激振蕩。而在其它頻率則不能振蕩電路的振蕩頻率就是fs。2．石英晶體的基本特性與等效電路9.7.4石英晶體振蕩器1．振蕩電路的頻率穩(wěn)定問題3．石英晶體振蕩器（1）串聯(lián)晶體振蕩器（2）并聯(lián)晶體振蕩器在并聯(lián)晶體振蕩器中，晶體在諧振回路中起“電感”的作用，其諧振頻率必須在fs和fp之間（注：f0≠fp）。

9.8非正弦信號產生電路◆非正弦信號產生電路的基礎知識

非正弦信號有很多，如：矩形波，三角波，鋸齒波，尖脈沖，階梯波，白噪聲等等。

實際應用中，非正弦信號并不是由許多個各種頻率分量的正弦信號疊加合成，而是通過一定的電子技術和電路結構來完成的。非正弦波產生電路的工作原理、電路結構以及分析方法與正弦波產生電路有著較大的不同。UD電壓比較器9.8.1電壓比較器

電壓比較器的功能是對兩個輸入電壓進行大小比較，在輸出端用高低電平給出比較結果.電壓比較器具有開關特性。電壓比較器是測量電路、自動控制系統(tǒng)、信號處理和波形產生電路中常用的基本單元。

運放構成的電壓比較器中，運放或是開環(huán)結構、或是（正反饋）閉環(huán)結構。UD1．單門限（閾值）電壓比較器（簡單電壓比較器）（1）基本電路及工作原理：（運放開環(huán)連接）（a）：運放兩輸入端分別接入電壓v1、v2。當v1>v2

時，輸出vo為（飽和）高電平；反之則為（飽和）低電平。+-vov2v1（a）+-vov1VREF＋－vd（b）UD9.8.1電壓比較器

（b）：運放兩輸入端分別接入?yún)⒖茧妷篤REF和v1。當v1>vREF時，輸出vo為（飽和）高電平；反之則為（飽和）低電平。1．單門限（閾值）電壓比較器（簡單電壓比較器）（1）基本電路及工作原理：（運放開環(huán)連接）+-vov1VREF＋－vdUD9.8.1電壓比較器

（2）傳輸特性vo-vo+過渡過程VREF0vovi說明：①電路的開關轉換點電平（“閾值電平”或“門檻電平”）為VREF。注：由于vi在單向變化中只有一個閾值，因此這種電路稱為“單門限（閾值）電壓比較器”。②若輸入信號對換，則傳輸特性反之（如虛線所示）。③中間的過渡過程是運放的響應時間，很?。ㄒ驗锳VO很大），通常將其忽略。1．單門限（閾值）電壓比較器（簡單電壓比較器）（1）基本電路及工作原理：（運放開環(huán)連接）VREF+-vov1＋－vdUD9.8.1電壓比較器

（2）傳輸特性（3）過零比較器若使VREF=0，則上述電路就成為“過零比較器”，它可用于檢測輸入信號vi的過零狀態(tài)，也常被用于實用中。過零比較器的傳輸特性只要將上述圖中的縱坐標平移VREF即可得到。VREFvo-vo+0vovi利用過零比較器可將輸入的正弦波轉換成方波：1．單門限（閾值）電壓比較器（簡單電壓比較器）（1）基本電路及工作原理：（運放開環(huán)連接）v1+-voVREF＋－vdUD9.8.1電壓比較器

（2）傳輸特性（3）過零比較器若使VREF=0，則上述電路就成為“過零比較器”，它可用于檢測輸入信號vi的過零狀態(tài)，也常被用于實用中。過零比較器的傳輸特性只要將上述圖中的縱坐標平移VREF即可得到。0vot0vitVREF改變VREF，即可改變vo的占空比利用過零比較器可將輸入的正弦波轉換成方波：1．單門限（閾值）電壓比較器（簡單電壓比較器）（1）基本電路及工作原理：（運放開環(huán)連接）+-vov1VREF＋－vdUD9.8.1電壓比較器

（2）傳輸特性（3）過零比較器

（4）限幅措施和保護措施為防止輸入信號過大損壞集成運放，除了在比較器的輸入回路中串聯(lián)電阻外，還可在集成運放的兩輸入端間并聯(lián)兩個正反相接的二極管。在輸出端加接穩(wěn)壓管和（或）二極管，可對輸出端起限幅保護作用。-+R1R2vovi2．遲滯比較器（施密特觸發(fā)器）（1）電路及特點（如圖）i1i2

這是個正反饋閉環(huán)電路。利用正反饋加速變化趨勢的特點，可以大大縮短開關轉換的過渡過程，使上下邊沿更陡，波形更好。（2）傳輸特性電路的開關轉換電平為vp，設電流如圖所示：可解得：-+vovREFvivNvPR1R2UD9.8.1電壓比較器

由于vo具有正負兩個飽和值，所以開關轉換電平也有兩個——VT+和VT-：2．遲滯比較器（施密特觸發(fā)器）（1）電路及特點（如圖）i1i2（2）傳輸特性電路的開關轉換電平為vp，設電流如圖所示：-+vovREFvivNvPR1R2UD9.8.1電壓比較器

——“上觸發(fā)電平”——“下觸發(fā)電平”?？山獾茫河捎趘o具有正負兩個飽和值，所以開關轉換電平也有兩個——VT+和VT-：2．遲滯比較器（施密特觸發(fā)器）（1）電路及特點（如圖）i1i2（2）傳輸特性-+vovREFvivNvPR1R2UD9.8.1電壓比較器

——“上觸發(fā)電平”——“下觸發(fā)電平”。當vi由小向大變化、經(jīng)過VT+時，vo由高電平轉換為低電平；當vi由大向小變化、經(jīng)過VT-時，輸出vo由低電平轉換為高電平。傳輸特性：0vovivo-vo+VT+VT-遲滯回路的回差：2．遲滯比較器（施密特觸發(fā)器）（1）電路及特點（如圖）i1i2（2）傳輸特性-+vovREFvivNvPR1R2UD9.8.1電壓比較器

★與簡單比較器相比，施密特觸發(fā)器具有抗干擾能力強的特點，所以常常用于整形、抗干擾的場合。例：0vit0votVREFVT+VT-9.8.2方波產生電路由于方波具有非常豐富的諧波成分，所以方波產生電