1、第第8 8章章 信号产生电路信号产生电路电路与模拟电子技术电路与模拟电子技术上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出本章教学内容本章教学内容8.1 正弦信号产生电路正弦信号产生电路8.1.1 正弦波振荡电路的基本原理正弦波振荡电路的基本原理8.1.2 LC振荡电路振荡电路8.1.3 RC振荡电路振荡电路8.1.4 石英晶体正弦波振荡电路石英晶体正弦波振荡电路8.2 非正弦信号产生电路非正弦信号产生电路8.2.1 矩形波发生器矩形波发生器8.2.2 三角波和锯齿波发生器三角波和锯齿波发生器8.3 集成函数发生器集成函数发生器8038及其应用及其应用8.3.1 集成函数发生器集成函数
2、发生器8038的电路结构及其功能的电路结构及其功能8.3.2 集成函数发生器集成函数发生器8038的典型应用的典型应用上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出本章内容概述本章内容概述本课程一开始我们就涉及了各种信号，我们说由信号源本课程一开始我们就涉及了各种信号，我们说由信号源提供信号，上一章我们讨论的信号运算、处理，但这些信号提供信号，上一章我们讨论的信号运算、处理，但这些信号是怎么产生的呢？本章我们来讨论产生信号的电路。是怎么产生的呢？本章我们来讨论产生信号的电路。根据波形我们将信号产生电路分成两类：正弦波产生电根据波形我们将信号产生电路分成两类：正弦波产生电路和非正弦产生电
3、路。路和非正弦产生电路。我们首先介绍反馈式自激振荡原理，给出两类常用的正我们首先介绍反馈式自激振荡原理，给出两类常用的正弦波振荡电路（弦波振荡电路（RC振荡和振荡和LC振荡）的组成和分析；然后介绍振荡）的组成和分析；然后介绍矩形波和三角波发生电路。矩形波和三角波发生电路。信号产生电路通常又称为振荡电路。信号产生电路通常又称为振荡电路。上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出8.1 正弦信号产生电路正弦信号产生电路按照产生信号的机理，正弦波振荡电路分为反馈式振荡电按照产生信号的机理，正弦波振荡电路分为反馈式振荡电路和负电阻振荡电路两大类，其中，负电阻振荡电路需要采用一路和负电阻振荡
4、电路两大类，其中，负电阻振荡电路需要采用一些特殊的器件使其在特定的工作条件下呈现出交流等效负电阻些特殊的器件使其在特定的工作条件下呈现出交流等效负电阻（相当于电源），通过选频获得所需的信号；而反馈式振荡电路（相当于电源），通过选频获得所需的信号；而反馈式振荡电路则是利用放大电路中的反馈，在选定的频率构成总环路增益大于则是利用放大电路中的反馈，在选定的频率构成总环路增益大于1的正反馈（在放大信号时这是需要避免的），从而获得信号输的正反馈（在放大信号时这是需要避免的），从而获得信号输出。出。本课程只讨论反馈式正弦波振荡电路。本课程只讨论反馈式正弦波振荡电路。上一页上一页下一页下一页目目 录录返返
5、回回退退 出出8.1.1 正弦波振荡电路的基本原理正弦波振荡电路的基本原理u产生自激振荡的原理产生自激振荡的原理利用正反馈，将放大电路输出信号反馈到输入端，与输利用正反馈，将放大电路输出信号反馈到输入端，与输入信号叠加（加强），如果反馈回的信号恰好与原输入信号入信号叠加（加强），如果反馈回的信号恰好与原输入信号大小相同，那么，这时即使撤除输入信号，也能在输出端维大小相同，那么，这时即使撤除输入信号，也能在输出端维持输出。持输出。放大电路放大电路A正反馈电路正反馈电路FuiufuouddUiUodUAUfoUFU环路增益：环路增益：AF上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出8.1
6、.1 正弦波振荡电路的基本原理（续正弦波振荡电路的基本原理（续1）要维持输出，必须要反馈信号与原输入信号不仅幅度相同，要维持输出，必须要反馈信号与原输入信号不仅幅度相同，而且相位相同。而且相位相同。若反馈信号幅度小于输入信号，切换后输出将越来越小；若反馈信号幅度小于输入信号，切换后输出将越来越小；若反馈信号滞后输入信号，输出信号的相位将越来越滞后，若反馈信号滞后输入信号，输出信号的相位将越来越滞后，输出频率将越来越低；输出频率将越来越低；若反馈信号超前输入信号，输出信号的相位将越来越超前，若反馈信号超前输入信号，输出信号的相位将越来越超前，输出频率将越来越高。输出频率将越来越高。因此，反馈振荡
7、的因此，反馈振荡的平衡条件平衡条件：相位条件相位条件环路总相移为环路总相移为0（或（或 AF=2n ）即构成正反馈）即构成正反馈幅度条件幅度条件环路总增益为环路总增益为1（或（或 |AF|=1）上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出8.1.1 正弦波振荡电路的基本原理（续正弦波振荡电路的基本原理（续2）u反馈振荡的建立反馈振荡的建立要维持振荡输出必须解决两个问题：要维持振荡输出必须解决两个问题：（1）原始信号从何获得？）原始信号从何获得？（2）什么时刻进行切换？怎样切换？）什么时刻进行切换？怎样切换？事实上，在放大器中，各种电子器件内部都存在噪声，它事实上，在放大器中，各种电子
8、器件内部都存在噪声，它们是由于导电的粒子性而形成的。均匀分布在整个频率域（从们是由于导电的粒子性而形成的。均匀分布在整个频率域（从直流到极高频率），每个频率分量幅度都极小，平均意义上总直流到极高频率），每个频率分量幅度都极小，平均意义上总噪声值为噪声值为0；而且，由于电路开始工作时电源的接入也相当于；而且，由于电路开始工作时电源的接入也相当于给电路施加了一个阶跃信号，同样包含丰富的频率分量。给电路施加了一个阶跃信号，同样包含丰富的频率分量。因此，实际电路工作中始终存在着含有各种频率成分的微因此，实际电路工作中始终存在着含有各种频率成分的微小的噪声（信号），它们就是反馈式振荡电路的原始信号。我小
9、的噪声（信号），它们就是反馈式振荡电路的原始信号。我们无需另外施加原始信号（否则就不能称之为信号产生电路）。们无需另外施加原始信号（否则就不能称之为信号产生电路）。上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出8.1.1 正弦波振荡电路的基本原理（续正弦波振荡电路的基本原理（续3）放大电路放大电路A正反馈电路正反馈电路Fufuo噪声噪声如果选取某一频率的噪声进行强正反馈，其他频率噪声如果选取某一频率的噪声进行强正反馈，其他频率噪声则具有较小的反馈，那么这个频率分量的噪声将逐步得到则具有较小的反馈，那么这个频率分量的噪声将逐步得到放大而变得越来越大，其他频率的噪声不能得到逐步放大，放大而
10、变得越来越大，其他频率的噪声不能得到逐步放大，仍维持很小的幅度，最终在输出端将得到具有一定幅度确仍维持很小的幅度，最终在输出端将得到具有一定幅度确定频率的信号输出定频率的信号输出振荡。振荡。振荡的振荡的起振条件起振条件：相位条件：相位条件： 对选定频率对选定频率AF=2n 幅度条件：幅度条件： 对选定频率对选定频率 |AF| 1上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出8.1.1 正弦波振荡电路的基本原理（续正弦波振荡电路的基本原理（续4）u反馈振荡的建立过程反馈振荡的建立过程放大特性放大特性uo=Aud反馈特性反馈特性uf=Fuoud=ufuo噪声噪声放大电路放大电路A正反馈电路
11、正反馈电路Fufuo噪声噪声放大放大反馈反馈放大放大反馈反馈放大放大反馈反馈放大放大反馈反馈放大放大反馈反馈放大放大反馈反馈只要环路增益只要环路增益|AF|1输出信号就越来越大！输出信号就越来越大！上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出8.1.1 正弦波振荡电路的基本原理（续正弦波振荡电路的基本原理（续5）u反馈振荡的稳定过程反馈振荡的稳定过程为了建立振荡，要使环路增益为了建立振荡，要使环路增益 |AF|1，输出幅度才能逐步，输出幅度才能逐步增大。但如果一直继续下去，输出幅度将无限制！增大。但如果一直继续下去，输出幅度将无限制！实际上，当幅度达到一定值时，放大器将进入非线性状态
12、，实际上，当幅度达到一定值时，放大器将进入非线性状态，增益也开始下降，最终达到振荡的平衡条件增益也开始下降，最终达到振荡的平衡条件 |AF|=1。放大特性放大特性uo=Aud反馈特性反馈特性uf=Fuo噪声噪声振荡平衡点振荡平衡点udufuo上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出8.1.1 正弦波振荡电路的基本原理（续正弦波振荡电路的基本原理（续6）u反馈振荡的电路组成反馈振荡的电路组成放大电路放大电路选频网络选频网络反馈网络反馈网络选频率网络的作用选频率网络的作用是确定振荡频率，因此，是确定振荡频率，因此，选频率网络应具有带通选频率网络应具有带通特性。为了使振荡频率特性。为了
13、使振荡频率稳定，振荡回路的总相频在谐振频率处应具有负斜率。稳定，振荡回路的总相频在谐振频率处应具有负斜率。f0 AFfo滞后滞后超前超前环路相移超前，振荡频率逐步升高环路相移超前，振荡频率逐步升高环路相移滞后，振荡频率逐步降低环路相移滞后，振荡频率逐步降低最终将偏离的振荡频率拉回平衡点最终将偏离的振荡频率拉回平衡点上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出8.1.2 LC振荡电路振荡电路uLC并联网络的频率特性并联网络的频率特性oojarctan()22ooo1e1()ffQffUUffQff品质因数品质因数rLfQo2 谐振频率谐振频率o12fLC如果将并联谐振电路作放大电路的负
14、载，如果将并联谐振电路作放大电路的负载，则，放大系数将随频率呈带通特性，同时，则，放大系数将随频率呈带通特性，同时，由于相频特性在谐振频率处具有负斜率。由于相频特性在谐振频率处具有负斜率。满足构成振荡电路的条件。满足构成振荡电路的条件。UICLrfofoff1090-900OUU 上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出8.1.2 LC振荡电路（续振荡电路（续1）uLC振荡电路的基本形式振荡电路的基本形式放大电路放大电路输出输出耦合耦合反馈反馈耦合耦合RL一般按反馈耦合的方式一般按反馈耦合的方式LC振荡分为三种：振荡分为三种：（1）变压器反馈式）变压器反馈式（2）电感反馈式）电感
15、反馈式（3）电容反馈式）电容反馈式放大电路一般采用单级晶体管放大电路。放大电路一般采用单级晶体管放大电路。上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出8.1.2 LC振荡电路（续振荡电路（续2）u变压器反馈变压器反馈LC振荡电路振荡电路由于变压器反馈的反馈系数可以由于变压器反馈的反馈系数可以做得较大，所以，振荡与否主要做得较大，所以，振荡与否主要看是否构成正反馈。看是否构成正反馈。根据反馈极性判断的瞬时极性法，根据反馈极性判断的瞬时极性法，判断电路是否具有正反馈。判断电路是否具有正反馈。CLufRL+VCC电路组成电路组成电路构成正反馈环，满足振荡的相位条件，只要反馈环路电路构成正反
16、馈环，满足振荡的相位条件，只要反馈环路总增益大于总增益大于1，电路即能够起振。，电路即能够起振。如果相位条件不满足，只要将变如果相位条件不满足，只要将变压器反馈绕组两端对调，即可改压器反馈绕组两端对调，即可改变反馈极性。变反馈极性。上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出8.1.2 LC振荡电路（续振荡电路（续3）u电感反馈电感反馈LC振荡电路振荡电路并联谐振时，电容、电感中的电并联谐振时，电容、电感中的电流，比总电流大流，比总电流大Q倍，如果倍，如果Q较大，较大，可近似认为两电感中流过相同的可近似认为两电感中流过相同的电流。反馈电压由两电感分压产电流。反馈电压由两电感分压产生（
17、生（L2）。）。电路构成正反馈环，满足振荡的相位条件，其中反馈系数：电路构成正反馈环，满足振荡的相位条件，其中反馈系数：f2o1ULFULCL1uf+VCCL2根据反馈极性判断的瞬时极性法，判断电路是否具有正反馈。根据反馈极性判断的瞬时极性法，判断电路是否具有正反馈。上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出8.1.2 LC振荡电路（续振荡电路（续4）只要环路增益大于只要环路增益大于1即能够起振。实际电路中一般取反馈系即能够起振。实际电路中一般取反馈系数为数为1/21/5。振荡频率由谐振回路的谐振频率确定：。振荡频率由谐振回路的谐振频率确定：o121100MHz2 ()fLL CC
18、L+VCCL1L2电感反馈电感反馈LC振荡电路也可采振荡电路也可采用中心抽头电感实现，称为用中心抽头电感实现，称为哈特莱（哈特莱（Hartley）电路。）电路。Hartley电路电路上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出8.1.2 LC振荡电路（续振荡电路（续5）振荡电路振荡电路中，中，L1 L2 C 构成并联谐振回路，构成并联谐振回路， L1 L2对回路电压对回路电压进行分压，形成反馈。所以，这种电路称为电感反馈式进行分压，形成反馈。所以，这种电路称为电感反馈式LC振荡。振荡。振荡频率通过调节电容而改变，调振荡频率通过调节电容而改变，调节过程不改变反馈系数，调节方便。节过程不
19、改变反馈系数，调节方便。CL+UCCL1L2但在高频振荡时，晶体管的寄生电但在高频振荡时，晶体管的寄生电容将使振荡器停振。所以，一般只容将使振荡器停振。所以，一般只用于几十兆赫以下的振荡。用于几十兆赫以下的振荡。上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出8.1.2 LC振荡电路（续振荡电路（续6）电感反馈电感反馈LC振荡电路仿真实验振荡电路仿真实验上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出8.1.2 LC振荡电路（续振荡电路（续7）电感三端式电路电感三端式电路在电感反馈式在电感反馈式LC振荡的交流等效电路中将电路中的偏置电阻振荡的交流等效电路中将电路中的偏置电阻忽略（阻
20、值较大，等效开路），则可得到简洁的等效电路。忽略（阻值较大，等效开路），则可得到简洁的等效电路。L1L2C 电路中，电路中，B- -E、C- -E接同性质电抗接同性质电抗L，B- -C接异性质电抗接异性质电抗C。晶体管的三个端由电感相连，故又称为电感三端式振荡。晶体管的三个端由电感相连，故又称为电感三端式振荡。CL+UCCL1L2上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出8.1.2 LC振荡电路（续振荡电路（续8）u电容反馈电容反馈LC振荡电路振荡电路并联谐振时，电容、电感中的电流，并联谐振时，电容、电感中的电流，比总电流大比总电流大Q倍，如果倍，如果Q较大，则，较大，则，两电容中
21、流过相同的电流。反馈电两电容中流过相同的电流。反馈电压由两电容分压产生（压由两电容分压产生（C2）。）。f1o2UCFUCLC1uf+VCCC2电路构成正反馈环，满足振荡的相电路构成正反馈环，满足振荡的相位条件，其中反馈系数：位条件，其中反馈系数：根据反馈极性判断的瞬时极性法，判断电路是否具有正反馈。根据反馈极性判断的瞬时极性法，判断电路是否具有正反馈。上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出8.1.2 LC振荡电路（续振荡电路（续9）只要环路增益大于只要环路增益大于1即能够起振。实际电路中一般取反馈系数即能够起振。实际电路中一般取反馈系数1/51/3左右。振荡频率由谐振回路的谐
22、振频率确定：左右。振荡频率由谐振回路的谐振频率确定：o121212fC CLCCC1 C2 L构成并联谐振回路，构成并联谐振回路， C1 C2对回对回路电压进行分压，形成反馈。所以，路电压进行分压，形成反馈。所以，这种电路称为电容反馈式这种电路称为电容反馈式LC振荡。又振荡。又称为考毕兹（称为考毕兹（Colpitts）电路。）电路。LC1uf+UCCC2上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出8.1.2 LC振荡电路（续振荡电路（续10）电路的振荡频率不能通过调节电容来改变，否则将改变反馈系电路的振荡频率不能通过调节电容来改变，否则将改变反馈系数，要靠调节电感来改变振荡频率，调节
23、不方便。在高频振荡数，要靠调节电感来改变振荡频率，调节不方便。在高频振荡时，晶体管的寄生电容和振荡电容并联，不会破坏振荡条件，时，晶体管的寄生电容和振荡电容并联，不会破坏振荡条件，可用于较高频率振荡（几百兆赫）。可用于较高频率振荡（几百兆赫）。LC1uf+VCCC2为了方便振荡频率调节，可在电感为了方便振荡频率调节，可在电感两端并联一个调节电容或与电感串两端并联一个调节电容或与电感串联一个调节电容（克莱普联一个调节电容（克莱普Clapp电路电路和西勒电路）和西勒电路）。上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出8.1.2 LC振荡电路（续振荡电路（续11）电容反馈电容反馈LC振荡电
24、路的改进形式振荡电路的改进形式LC1uf+VCCC2CLC1uf+VCCC2C西勒电路西勒电路克拉普克拉普Clapp电路电路上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出8.1.2 LC振荡电路（续振荡电路（续12）电容反馈电容反馈LC振荡电路仿真实验振荡电路仿真实验上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出8.1.2 LC振荡电路（续振荡电路（续13）电容耦合电容耦合LC振荡电路的交流等效电路中将偏置电阻忽略，振荡电路的交流等效电路中将偏置电阻忽略，可得到简洁的交流等效电路。可得到简洁的交流等效电路。LC1uf+VCCC2C1C2L电路中，电路中，B- -E、C- -E接
25、同性质电抗接同性质电抗 C，B- -C 接异性质电抗接异性质电抗 L。晶体管的三个端由电容相连，故又称为电容三端式振荡。晶体管的三个端由电容相连，故又称为电容三端式振荡。电容三端式电路电容三端式电路上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出8.1.2 LC振荡电路（续振荡电路（续14）ZceZbeZbcZbe、 Zce为同种性质的电抗，感抗或容抗。为同种性质的电抗，感抗或容抗。Zbc为异种性质的电抗，容抗或感抗。为异种性质的电抗，容抗或感抗。 组成电抗的可以是单一电容或电感，也可以是由电容、组成电抗的可以是单一电容或电感，也可以是由电容、电感组成的串联或并联电路。电感组成的串联或并
26、联电路。上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出8.1.3 RC振荡电路振荡电路RC振荡电路的选频网络采用电容和电阻（不使用电感），振荡电路的选频网络采用电容和电阻（不使用电感），这种振荡电路构成起来方便，但在高频时小阻值电阻和小容量这种振荡电路构成起来方便，但在高频时小阻值电阻和小容量电容易受干扰，一般只适用于中低频率正弦波振荡。电容易受干扰，一般只适用于中低频率正弦波振荡。放大电路放大电路RC选频选频输出输出RC正弦波振荡的组成正弦波振荡的组成按照按照RC选频网络的不同，常用的选频网络的不同，常用的RC正弦波振荡有：正弦波振荡有：（1）RC串并联网络振荡串并联网络振荡（2）R
27、C移相振荡移相振荡（3）RC双双T网络振荡网络振荡 等等上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出8.1.3 RC振荡电路（续振荡电路（续1）uRC串并联网络振荡串并联网络振荡(文氏桥振荡器）文氏桥振荡器）ooo21j ()32oo1j1()1jjjj(1j)1e9()ffffRURCFRURRCCRCRCRCffffRC串并联网络的频率特性：串并联网络的频率特性：uoRCRCR1R2RC串并联串并联反馈网络反馈网络同相放大同相放大同相放大：同相放大：211RAR 上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出8.1.3 RC振荡电路（续振荡电路（续2）RC串并联网络的频率
28、特性：串并联网络的频率特性：相移为相移为-90 +90，当，当相移为相移为0时，幅频特性为时，幅频特性为|F|=1/3。因此，为了维持。因此，为了维持振荡，放大器应具有同相振荡，放大器应具有同相放大功能，并且要求：放大功能，并且要求：31|oFRCf21o起振时，起振时，A 3， 一般设计电路时取一般设计电路时取510。稳定时，稳定时，A = 3。电路结构上要求：电路结构上要求：R2 2R1(起振），起振）， R2 = 2R1(稳定）稳定） 。上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出8.1.3 RC振荡电路（续振荡电路（续3）放大电路的放大倍数从起振放大电路的放大倍数从起振时的时
29、的510降到降到3，是通过信号幅，是通过信号幅度增大后的非线性来实现的，因度增大后的非线性来实现的，因此振荡波形不好。实用中常使用此振荡波形不好。实用中常使用稳幅电路改善波形。稳幅电路改善波形。uoRCRCR1R2D1R3D2起振时，二极管截止，起振时，二极管截止，R2大于大于2R1，即，即A 3，随着，随着uo的增大，的增大，二极管逐渐导通，二极管逐渐导通，R3（包括二极管的导通电阻）与（包括二极管的导通电阻）与R2并联，并联，总电阻逐渐减小，总电阻逐渐减小，A自动下降，当自动下降，当A=3时时,振荡器稳定。振荡器稳定。常用的改善波形方法是采用随常用的改善波形方法是采用随输出幅度而改变的反馈
30、电阻输出幅度而改变的反馈电阻（如热敏电阻）。（如热敏电阻）。也可利用二极管构成稳幅电路，如图所示。也可利用二极管构成稳幅电路，如图所示。上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出8.1.3 RC振荡电路（续振荡电路（续4）文氏桥振荡器仿真实验文氏桥振荡器仿真实验上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出8.1.3 RC振荡电路（续振荡电路（续5）uRC移相振荡移相振荡RC移相网络移相网络相移为相移为- -90- -360，当相移为，当相移为- -180时，幅频特性为时，幅频特性为|F|=1/29。因此，为了维持振荡，放大器应具有反相放大功能。因此，为了维持振荡，放大器应
31、具有反相放大功能。291|oFRCf621o频率特性频率特性起振时，起振时，A 29，一般设计电路时取，一般设计电路时取50100。稳定时，稳定时，A = 29。RRRCCCuouFff|F|f f-90-3601RRR+CCCuFuoRfR振荡电路振荡电路上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出8.1.3 RC振荡电路（续振荡电路（续6）放大电路的放大倍数从起振时的放大电路的放大倍数从起振时的50100降到降到29，是通过信号，是通过信号幅度增大后的非线性来实现的。也可类似幅度增大后的非线性来实现的。也可类似RC串并联振荡电路串并联振荡电路采用稳幅支路改善波形。采用稳幅支路改善
32、波形。RC移相振荡器仿真实验移相振荡器仿真实验上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出8.1.4 石英晶体正弦波振荡电路石英晶体正弦波振荡电路石英晶体谐振器简称石英晶体，由石英晶体组成的选频网络具石英晶体谐振器简称石英晶体，由石英晶体组成的选频网络具有非常稳定的固有频率，常用在对振荡频率稳定性要求非常高有非常稳定的固有频率，常用在对振荡频率稳定性要求非常高的电路中。的电路中。石英晶体结构、符号、等效电路及特性石英晶体结构、符号、等效电路及特性上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出8.1.4 石英晶体正弦波振荡电路（续石英晶体正弦波振荡电路（续1）u石英晶体通过压电
33、效应产生振荡，在石英晶体两个引脚加交石英晶体通过压电效应产生振荡，在石英晶体两个引脚加交变电场时，将产生一定频率的机械变形，而这种机械振动又变电场时，将产生一定频率的机械变形，而这种机械振动又会产生交变电场。会产生交变电场。u当交变电场的频率为某一特定值时，产生共振，振幅骤然增当交变电场的频率为某一特定值时，产生共振，振幅骤然增大，形成压电振荡。大，形成压电振荡。u这一特定频率就是石英晶体的固有频率，也称谐振频率。在这一特定频率就是石英晶体的固有频率，也称谐振频率。在谐振频率附近，石英谐振器可等效成谐振频率附近，石英谐振器可等效成LC谐振回路。谐振回路。u不振动时，石英晶体结构类似一个平板电容
34、器，等效为一个不振动时，石英晶体结构类似一个平板电容器，等效为一个静态电容静态电容C0，其值决定于晶片的几何尺寸和电极面积，一般，其值决定于晶片的几何尺寸和电极面积，一般约为几到几十皮法。约为几到几十皮法。u当晶片产生振动时，机械振动的惯性等效为电感当晶片产生振动时，机械振动的惯性等效为电感L，其值约为，其值约为几毫亨。晶片的弹性等效为电容几毫亨。晶片的弹性等效为电容C，其值仅为，其值仅为0.010.1pF，CC0。晶片的磨擦损耗等效为电阻。晶片的磨擦损耗等效为电阻R，其值约为几十欧至，其值约为几十欧至100，理想情况下，理想情况下R=0。上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出
35、8.1.4 石英晶体正弦波振荡电路（续石英晶体正弦波振荡电路（续2）串联谐振频率串联谐振频率s12fLC当当f fs时，时，L、C、R支路呈感性，将与支路呈感性，将与C0产生并联谐振，石英产生并联谐振，石英晶体又呈纯阻性，并联谐振频率晶体又呈纯阻性，并联谐振频率ps000112CffCCCLCC由于由于C fP时，电抗主要决定于时，电抗主要决定于C0，石英晶体又呈容性。，石英晶体又呈容性。u只有在只有在fs f fP的情况下，的情况下，L、C、R支路呈感性，才会有与支路呈感性，才会有与C0产生并联谐振的现象。并且产生并联谐振的现象。并且C0和和C的容量相差愈悬殊，的容量相差愈悬殊，fs和和fP
36、愈接近，石英晶体呈感性的频带愈窄。愈接近，石英晶体呈感性的频带愈窄。u由于由于C和和R的数值都很小，的数值都很小，L数值很大，石英晶体的数值很大，石英晶体的Q值非常高，值非常高，可达可达104106，由石英晶体构成的振荡电路频率稳定度，由石英晶体构成的振荡电路频率稳定度f/f可可达达10-610-8，采用稳频措施后可达，采用稳频措施后可达10-1010-11。而。而LC振荡器的振荡器的Q值只能达到几十，频率稳定度只能达到值只能达到几十，频率稳定度只能达到10-5。石英晶体振荡。石英晶体振荡频率高稳定性的特点是其他选频网络所不能比拟的。频率高稳定性的特点是其他选频网络所不能比拟的。上一页上一页下
37、一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出8.1.4 石英晶体正弦波振荡电路（续石英晶体正弦波振荡电路（续4）并联型石英晶体振荡电路并联型石英晶体振荡电路将电容三端式正弦波振荡将电容三端式正弦波振荡电路中的电感电路中的电感L用石英晶体来用石英晶体来替代，即可组成并联型石英晶替代，即可组成并联型石英晶体正弦波振荡电路，石英晶体体正弦波振荡电路，石英晶体在电路中起电感在电路中起电感L的作用。的作用。电路的振荡频率处于石英电路的振荡频率处于石英晶体的串并联谐振频率之间晶体的串并联谐振频率之间fs fo I1，因此外接电容，因此外接电容C放电，放电，uC随时间线性下降。当随时间线性下降。当uC下降到下降
38、到uC(UCC+UEE)/3时，比较器输出时，比较器输出发生跳变，使触发器输出端又由高电平变为低电平，发生跳变，使触发器输出端又由高电平变为低电平，I2再次断开，再次断开，I1再次向再次向C充电，充电，uC又随时间线性上升。又随时间线性上升。上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出8.3 集成函数发生器集成函数发生器8038及其应用（续及其应用（续2）1脚：正弦波失真度调节；脚：正弦波失真度调节；2脚：正弦波输出；脚：正弦波输出；3脚：三角波输出；脚：三角波输出；4脚：方波的占空比调节、正弦波和三角波脚：方波的占空比调节、正弦波和三角波的对称调节，接电阻的对称调节，接电阻RA；5
39、脚：方波的占空比调节、正弦波和三角波脚：方波的占空比调节、正弦波和三角波的对称调节，接电阻的对称调节，接电阻RB；6脚：接正电源脚：接正电源UCC；7脚：调频偏置电压输出；脚：调频偏置电压输出；8脚：调频控制电压输入；脚：调频控制电压输入；9脚：方波输出（集电极开路输出）；脚：方波输出（集电极开路输出）；10脚：外接电容脚：外接电容C；11脚：接负电源或接地；脚：接负电源或接地；12脚：正弦波失真度调节；脚：正弦波失真度调节；13、14脚：空脚。脚：空脚。上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出8.3.2 集成函数发生器集成函数发生器8038的典型应用的典型应用RA4.7 kRB
40、4.7 k1 kRP2R10 k45693210111218C10.1 FRP110 k20 kRP3100 kRP4100 k10 kC+ UCC+ 10 V- UEE- 10VICL 803810 k频率可调函数发生器频率可调函数发生器RP2RP1RP3RP4上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出8.3.2 集成函数发生器集成函数发生器8038的典型应用（续）的典型应用（续）u振荡频率由电位器振荡频率由电位器RP1滑动触点的位置、滑动触点的位置、C的容量、的容量、RA和和RB的的阻值决定。阻值决定。uC1为高频旁路电容为高频旁路电容, 用以消除用以消除8脚的寄生交流电压，脚的寄生交流电压，RP2为方波为方波占空比和正弦波失真度调节电位器，当占空比和正弦波失真度调节电位器，当RP2位于中间时，引脚位于中间时，引脚9、3和和2的输出波形分别为方波、三角波和正弦波。的输出波形分别为方波、三角波和正弦波。u当当RP2动端在中间位置，调节动端在中间位置，调节RP1，可以改变正电源，可以改变正电源+UCC与引与引脚脚8之间的控制电压（即调频电压），则振荡频率随之变化。之间的控制电压（即调频电压），则振荡频率随之变化。u如果控制电压按一定规律变化，则可构成扫频式函数发生器。如果控制电压按一定规律变化，则可构成扫频式函数发生器。
