晶体振荡电路设计_CN
在该应用手册中，我们将讨论我们推荐给您的晶振电路设计方案，并解释电路中的各个元器件的具体作用，并且在元器件数值的选择上提供指导。最后，就消除晶振不稳定和起振问题，我们还将给出一些建议措施。
图1所示为晶振等效电路。R 为ESR(串联等效阻抗)。L 和C 分别是晶振等效电感和等效电容。C P 是晶振的伴生电容，其极性取决于晶振的极性。图2所示为晶振的电抗频谱线。当晶振在串联谐振状态下工作时，线路表现为纯阻性，感抗等于容抗(XL = XC)。串联谐振频率由下式给出
LC f S π21=
当晶振工作在并联谐振模式时，晶振表现为感性。该模式的工作频率由晶振的负载决定。对于并联谐振状态的晶振，晶振制造商应该指定负载电容C L 。在这种模式下，振动频率由下式给出
P L P L C C C C L
fa +=
π21
图 1. 晶振等效电路.
图 2. 晶振的电抗频谱线.
在并联谐振模式下，电抗线中fs 到fa 的斜线区域内，通过调整晶振的负载，如图2，晶振都可以振荡起来。MX-COM
所有的晶振电路都推荐使用并联谐振模式的晶振。
图3所示为推荐的晶振振荡电路图。这样的组成可以使晶振处于并联谐振模式。反相器在芯片内体现为一个AB 型放大器，它将输入的电量相移大约180° 后输出；并且由晶振，R1，C1和C2组成的π型网络产生另外180°的相移。所以整个环路的相移为360°。这满足了保持振荡的一个条件。其它的条件，比如正确起振和保持振荡，则要求闭环增益应≥1。
反相器附近的电阻Rf 产生负反馈，它将反相器设定在中间补偿区附近，使反相器工作在高增益线性区域。电阻值很高，范围通常在500K ? ~2M ?内。MXCOM 的有些芯片内置有电阻，对于具体的芯片，请参考其外部元器件选用说明书。
对晶振来讲，C1和C2组成负载电容。和晶振来匹配最好的电容(C L )，晶振厂家都有说明。C1和C2的计算式为
S L C C C C C C ++?=2
121 这里C S 是PCB 的漂移电容（stray capacitance ），用于计算目的时，典型值为5pf 。现在C1和C2选择出来满足上面等式。通常选择的C1和C2是大致相等的。C1和/或C2的数值较大，这提高了频率的稳定性，但减小了环路增益，可能引发起振问题。
R1是驱动限流电阻，主要功能是限制反相器输出，这样晶振不会被过驱动（over driven ）。R1、C1组构成分压电路，这些元器件的数值是以这样的方式进行计算的：反相器的输出接近rail-to-rail 值，输入到晶振的信号是rail-to-rail 的60%，通常实际是令R1的电阻值和的C1容抗值相等，即R1 ≈ XC1。这使晶振只取得反相器输出信号的一半。要一直保证晶振消耗的功率在厂商说明书规定范围内。过驱动会损坏晶振。请参考晶振厂商的建议。
理想情况下，反相器提供180°相移。但是，反相器的内在延迟会产生额外相移，而这个额外相移与内在延迟成比例。为保证环路全相移为n360°，π 型网络应根据反相器的延迟情况，提供小于180°的相移。R1的调整可以满足这一点。使用固定大小的C1和C2，闭环增益和相位可随R1变化。如果上述两个条件均得到了满足，在一些应用中，R1可以忽略掉。
图 3. 晶振电路
一些芯片内置了全部这些外部器件(Rf, R1, C1, and C2)，因此消除了电路设计师的烦恼。这种情况下，只要把晶振连接在XTAL和XTAL引脚上即可。
提示:
选择ESR小的晶振，有利于解决起振问题。较小的ESR可以增加环路增益。
在PCB板上缩短线路可以减小漂移电容。这也有利于解决晶振起振和振荡频率的问题。
在工作的温度下和工作的电压范围内经常性测试一下电路，以确保晶振起振和持续振荡。必要的时候调整元器件的数值。
为了取得最好效果，晶振的设计，用至少0.4 Vdd（峰峰值）的电平驱动时钟反相器。调节晶振不能满足要求。为了获得进一步的设计协助，请联系晶振制造商。
为了优化R1，我们推荐先计算C1和C2（前面已经解释过如何计算）。将R1替换成电位计，将其初始值设置到大约XC1。如果需要，调节电位计的设置，直到晶振起振并在稳态条件下保持振荡。
正弦波振荡器设计multisim(DOC)
摘要 自激式振荡器是在无需外加激励信号的情况下，能将直流电能转换成具有一定波形、一定频率和一定幅值的交变能量电路。正弦波振荡器的作用是产生频率稳定、幅度不变的正弦波输出。基于频率稳定、反馈系数、输出波形、起振等因素的综合考虑，本次课程设计采用电容三点式振荡器，运用multisim软件进行仿真。根据静态工作点计算出回路的电容电感取值，得出输出频率与输出幅度有效值以达到任务书的要求。 关键词：电容三点式；振荡器；multisim；
目录 1、绪论 (1) 2、方案的确定 (2) 3、工作原理、硬件电路的设计和参数的计算 (3) 3.1 反馈振荡器的原理和分析 (3) 3.2. 电容三点式振荡单元 (4) 3.3 电路连接及其参数计算 (5) 4、总体电路设计和仿真分析 (6) 4.1组建仿真电路 (6) 4.2仿真的振荡频率和幅度 (7) 4.3误差分析 (8) 5、心得体会 (9) 参考文献 (10) 附录 (10) 附录Ⅰ元器件清单 (10) 附录Ⅱ电路总图 (11)
1、绪论 振荡器是不需外信号激励、自身将直流电能转换为交流电能的装置。凡是可以完成这一目的的装置都可以作为振荡器。一个振荡器必须包括三部分：放大器、正反馈电路和选频网络。放大器能对振荡器输入端所加的输入信号予以放大使输出信号保持恒定的数值。正反馈电路保证向振荡器输入端提供的反馈信号是相位相同的，只有这样才能使振荡维持 下去。选频网络则只允许某个特定频率0f能通过，使振荡器产生单一频率的输出。 振荡器能不能振荡起来并维持稳定的输出是由以下两个条件决定的；一个是反馈电压 U和输入电压i U要相等，这是振幅平衡条件。二是f U和i U必须相位相同，这是相位f 平衡条件，也就是说必须保证是正反馈。一般情况下，振幅平衡条件往往容易做到，所以在判断一个振荡电路能否振荡，主要是看它的相位平衡条件是否成立。 本次课程设计我设计的是电容反馈三点式振荡器，电容三点式振荡器，也叫考毕兹振荡器，是自激振荡器的一种，这种电路的优点是输出波形好。电容三点式振荡器是由串联电容与电感回路及正反馈放大器组成。因振荡回路两串联电容的三个端点与振荡管三个管脚分别相接而得名。 本课题旨在根据已有的知识及搜集资料设计一个正弦波振荡器，要求根据给定参数设计电路，并利用multisim仿真软件进行仿真验证，达到任务书的指标要求，最后撰写课设报告。报告内容按照课设报告文档模版的要求进行，主要包括有关理论知识介绍，电路设计过程，仿真及结果分析等。 主要技术指标：输出频率9 MHz，输出幅度（有效值）≥5V。
晶体振荡器课程设计
1石英晶体及其特性 (1) 1.1 石英晶体简介............................................... . ... 1.2石英晶体的阻抗频率特性...................................... 1 ... 2晶体管的部工作原理 (3) 3.晶体振荡器电路的类型及其工作原理 (4) 3.1串联型谐振晶体振荡器........................................ 4…??… 3.2并联谐振型晶体振荡器........................................ 6…??… 3.3泛音晶体振荡器................................................ 8 .. 4 确定工作点和回路参数（以皮尔斯电路为例） (10) 4.1主要技术指标 (10) 4.2确定工作点 (10) 4.3交流参数的确定 (11) 5提高振荡器的频率稳定度........................................... 1 2 6.总结 (13) 参考文献：........................................................ 1.4
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1石英晶体及其特性 1.1石英晶体简介 石英是矿物质硅石的一种，化学成分是Sio2,形状是呈角锥形的六棱结晶体，具有各向异性的物理特性。按其自然形状有三个对称轴，电轴X,机械轴丫光轴Z。石英谐振器中的各种晶片，就是按与各轴不同角度，切割成正方形、长方形、圆形、或棒型的薄片，如图1的AT、BT、CT、DT 等切型。不同切型的晶片振动型式不，性能不同 1.2石英晶体的阻抗频率特性 石英谐振器的电路符号和等效电路如图121。C0称为静态电容，即晶体不振动时两极板间的等效电容，与晶片尺寸有关，一般约为几到几十pF。晶体作机械振动时的惯性以Lq、弹性用Cq振动时因磨擦造成的损耗用Rq来等效，它们的数值与晶片切割方位、形状和大小有关, 一般Lq为10 3102H，Cq为10 410 1pF，Rq 在几一几百欧之间。它
LC正弦波振荡电路的仿真分析
摘要 振荡器的种类很多，适用的范围也不相同，但它们的基本原理都是相同的，都由放大器和选频网络组成，都要满足起振，平衡和稳定条件。然后通过所学的高频知识进行初步设计，由于受实践条件的限制，在设计好后，我利用了模拟软件进行了仿真与分析。为了学习Multisim软件的使用，以及锻炼电子仿真的能力，我选用的仿真软件是Multisim10.0版本，该软件提供了功能强大的电子仿真设计界面和方便的电路图和文件管理功能。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。NI Multisim软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真，能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。 关键词：LC振荡回路；仿真；正弦波信号；Multisim软件；
目录 一、绪论 (1) 二、方案确定 (1) 2．1电感反馈式三端振荡器 (2) 2．2电容反馈式三端振荡器 (3) 2.3 振荡平衡条件一般表达式 (4) 2．4起振条件和稳幅原理 (4) 三、LC振荡器的基本工作原理 (4) 四、总电路设计和仿真分析 (5) 4.1软件简介 (5) 4.2 总电路设计 (7) 4.3 进行仿真 (8) 4.4 各个原件对电路的影响 (11) 五、心得体会 (12) 参考文献 (13) 附录 (14) 电路原理图 (14) 元器件清单 (14)
一、绪论 在本课程设计中，对LC正弦波振荡器的仿真分析。正弦波振荡器用来产生正弦交流信号的电路，它广泛应用于通信、电视、仪器仪表和测量等系统中。在通信方面，正弦波震荡器可以用来产生运载信息的载波和作为接收信号的变频或调解时所需要的本机振荡信号。医用电疗仪中，用高频加热。在课程设计中，学习Multisim软件的使用，以及锻炼电子仿真的能力，我选用的仿真软件是Multisim10.0版本，该软件提供了功能强大的电子仿真设计界面和方便的电路图和文件管理功能。 我利用了仿真软件对电路进行了一写的仿真分析，得到了与理论值比较相近的结果，这表明电路的原理设计是比较成功的，本次课程设计也是比较成功的。 本课程设计中要求设计的正弦波振荡器能够输出稳定正弦波信号，本设计中所涉及的仿真电路是比较简单的。但通过仿真得到的结论在实际的类似电路中有很普遍的意义。 二、方案确定 通过对高频电子线路相关知识的学习，我们知道LC正弦波振荡器主要有电感反馈式三端振荡器、电容反馈式三端振荡器以及改进型电容反馈式振荡器（克拉波电路和西勒电路）等。其中互感反馈易于起振，但稳定性差，适用于低频，而电容反馈三点式振荡器稳定性好，输出波形理想，振荡频率可以做得较高。我们这里研究的主要是LC三端式振荡器。
晶振电路原理介绍
晶体振荡器，简称晶振。在电气上它可以等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的二端网络，电工学上这个网络有两个谐振点，以频率的高低分其中较低的频率是串联谐振，较高的频率是并联谐振。由于晶体自身的特性致使这两个频率的距离相当的接近，在这个极窄的频率范围内，晶振等效为一个电感，所以只要晶振的两端并联上合适的电容它就会组成并联谐振电路。这个并联谐振电路加到一个负反馈电路中就可以构成正弦波振荡电路，由于晶振等效为电感的频率范围很窄，所以即使其他元件的参数变化很大，这个振荡器的频率也不会有很大的变化。 晶振有一个重要的参数，那就是负载电容值，选择与负载电容值相等的并联电容，就可以得到晶振标称的谐振频率。 一般的晶振振荡电路都是在一个反相放大器（注意是放大器不是反相器）的两端接入晶振，再有两个电容分别接到晶振的两端，每个电容的另一端再接到地，这两个电容串联的容量值就应该等于负载电容，请注意一般IC的引脚都有等效输入电容，这个不能忽略。 一般的晶振的负载电容为15p或12.5p ，如果再考虑元件引脚的等效输入电容，则两个22p的电容构成晶振的振荡电路就是比较好的选择。 晶体振荡器也分为无源晶振和有源晶振两种类型。无源晶振与有源晶振（谐振）的英文名称不同，无源晶振为crystal（晶体），而有源晶振则叫做oscillator（振荡器）。无源晶振需要借助于时钟电路才能产生振荡信号，自身无法振荡起来，所以“无源晶振”这个说法并不准确；有源晶振是一个完整的谐振振荡器。 谐振振荡器包括石英（或其晶体材料）晶体谐振器，陶瓷谐振器，LC谐振器等。
晶振与谐振振荡器有其共同的交集有源晶体谐振振荡器。 石英晶片所以能做振荡电路（谐振）是基于它的压电效应，从物理学中知道，若在晶片的两个极板间加一电场，会使晶体产生机械变形；反之，若在极板间施加机械力，又会在相应的方向上产生电场，这种现象称为压电效应。如在极板间所加的是交变电压，就会产生机械变形振动，同时机械变形振动又会产生交变电场。一般来说，这种机械振动的振幅是比较小的，其振动频率则是很稳定的。但当外加交变电压的频率与晶片的固有频率（决定于晶片的尺寸）相等时，机械振动的幅度将急剧增加，这种现象称为压电谐振，因此石英晶体又称为石英晶体谐振器。其特点是频率稳定度很高。 石英晶体振荡器与石英晶体谐振器都是提供稳定电路频率的一种电子器件。石英晶体振荡器是利用石英晶体的压电效应来起振，而石英晶体谐振器是利用石英晶体和内置IC来共同作用来工作的。振荡器直接应用于电路中，谐振器工作时一般需要提供3.3V电压来维持工作。振荡器比谐振器多了一个重要技术参数为：谐振电阻（RR），谐振器没有电阻要求。RR 的大小直接影响电路的性能，也是各商家竞争的一个重要参数。 概述 微控制器的时钟源可以分为两类：基于机械谐振器件的时钟源，如晶振、陶瓷谐振槽路；基于相移电路的时钟源，如：RC (电阻、电容)振荡器。硅振荡器通常是完全集成的RC振荡器，为了提高稳定性，包含有时钟源、匹配电阻和电容、温度补偿等。图1给出了两种时钟源。图1给出了两个分立的振荡器电路，其中图1a为皮尔斯振荡器配置，用于机械式谐振器件，如晶振和陶瓷谐振槽路。图1b为简单的RC反馈振荡器。 机械式谐振器与RC振荡器的主要区别 基于晶振与陶瓷谐振槽路(机械式)的振荡器通常能提供非常高的初始精度和较低的温 度系数。相对而言，RC振荡器能够快速启动，成本也比较低，但通常在整个温度和工作电源电压范围内精度较差，会在标称输出频率的5%至50%范围内变化。图1所示的电路能产生可靠的时钟信号，但其性能受环境条件和电路元件选择以及振荡器电路布局的影响。需认真对待振荡器电路的元件选择和线路板布局。在使用时，陶瓷谐振槽路和相应的负载电容必须根据特定的逻辑系列进行优化。具有高Q值的晶振对放大器的选择并不敏感，但在过驱动时很容易产生频率漂移(甚至可能损坏)。影响振荡器工作的环境因素有：电磁干扰(EMI)、机械震动与冲击、湿度和温度。这些因素会增大输出频率的变化，增加不稳定性，并且在有些情况下，还会造成振荡器停振。 振荡器模块 上述大部分问题都可以通过使用振荡器模块避免。这些模块自带振荡器、提供低阻方波
1KHZ桥式正弦波振荡器电路的设计与制作
目录 摘要 (2) 1．系统基本方案 (2) 1.1 正弦波振荡电路的选择与论证 (2) 1.2. 运算放大器的选择 (3) 1.3最终的方案选择 (3) 2.正弦波发生器的工作原理 (3) 2.1正弦波振荡电路的组成 (3) 2.1.1 RC选频网络 (3) 2.1.2放大电路 (6) 2.1.3正反馈网络 (6) 2.2产生正弦波振荡的条件 (6) 2.3.判断电路是否可能产生正弦波的方法和步骤 (7) 3．系统仿真 (7) 4．结论 (8) 参考文献： (11) 附录 (13)
1KHZ 桥式正弦波震荡器电路的设计与制作 摘要 本设计的主要电路采用文氏电桥振荡电路。如图1-1文氏桥振荡电路由放大电路和选频网络两部分组成,施加正反馈就产生振荡，振荡频率由RC 网络的频 率特性决定。它的起振条件为： ，振荡频率为： 。运算放大 器选用LM741CN,采用非线性元件（如温度系数为负的热敏电阻或JFET ）来自动调节反馈的强弱以维持输出电压的恒定，进而达到自动稳幅的目的，这样便可以保证输出幅度为2Vp-p ；而频率范围的确定是根据式RC f π21 0= 以及题目给出的频 率范围来确定电阻R 或电容C 的值，进而使其满足题目的要求。 关键词：文氏电桥、振荡频率、LM741CN 1．系统基本方案 1.1 正弦波振荡电路的选择与论证 本设计选用文氏电桥振荡电路。
图1 RC 桥式振荡电路 这种电路的特点是：它由放大器即运算放大器与具有频率选择性的反馈网络构成，施加正反馈就产生振荡。振荡频率由RC 网络的频率特性决定。它的起振条件为： 12R R f > 。它的振荡频率为：RC f π21 0= 。 1.2. 运算放大器的选择 考虑到综合性能和题目要求的关系这里我们选用LM741CN 作为运算放大。 1.3最终的方案选择 文氏电桥振荡电路适用的频率范围为几赫兹到几千赫兹，可调范围宽，电路简单易调整，同时波形失真系数为千分之几。很适合我们题目的要求。故采用文氏电桥振荡电路. RC 文氏电桥振荡电路是以RC 选频网络为负载的振荡器. 这个电路由两部分组成，即放大电路和选频网络。放大电路由集成运放所组成的电压串联负反馈放大电路，取其输入阻抗高和输出阻抗低的特点。而选频网络则由Z1、Z2组成，同时兼做正反馈网络。 2正弦波发生器的工作原理 2.1正弦波振荡电路的组成 放大电路 选频网络 正反馈网络 2.1.1 RC 选频网络
晶体振荡器电路+PCB布线设计指南
AN2867 应用笔记 ST微控制器振荡器电路 设计指南 前言 大多数设计者都熟悉基于Pierce(皮尔斯)栅拓扑结构的振荡器，但很少有人真正了解它是如何工 作的，更遑论如何正确的设计。我们经常看到，在振荡器工作不正常之前，多数人是不愿付出 太多精力来关注振荡器的设计的，而此时产品通常已经量产；许多系统或项目因为它们的晶振 无法正常工作而被推迟部署或运行。情况不应该是如此。在设计阶段，以及产品量产前的阶 段，振荡器应该得到适当的关注。设计者应当避免一场恶梦般的情景：发往外地的产品被大批 量地送回来。 本应用指南介绍了Pierce振荡器的基本知识，并提供一些指导作法来帮助用户如何规划一个好的 振荡器设计，如何确定不同的外部器件的具体参数以及如何为振荡器设计一个良好的印刷电路 板。 在本应用指南的结尾处，有一个简易的晶振及外围器件选型指南，其中为STM32推荐了一些晶 振型号(针对HSE及LSE)，可以帮助用户快速上手。
目录ST微控制器振荡器电路设计指南目录 1石英晶振的特性及模型3 2振荡器原理5 3Pierce振荡器6 4Pierce振荡器设计7 4.1反馈电阻R F7 4.2负载电容C L7 4.3振荡器的增益裕量8 4.4驱动级别DL外部电阻R Ext计算8 4.4.1驱动级别DL计算8 4.4.2另一个驱动级别测量方法9 4.4.3外部电阻R Ext计算 10 4.5启动时间10 4.6晶振的牵引度(Pullability) 10 5挑选晶振及外部器件的简易指南 11 6针对STM32?微控制器的一些推荐晶振 12 6.1HSE部分12 6.1.1推荐的8MHz晶振型号 12 6.1.2推荐的8MHz陶瓷振荡器型号 12 6.2LSE部分12 7关于PCB的提示 13 8结论14
晶振的测试电路
晶振的测试电路 利用简单几个元件制作一个可测量10kHz-100MHz晶振的测试电路（电路如图），BG1和所接多频振荡器，经C3、D1、D2进行检波后可在LED上得到下正上负的电压，驱动LED发光。若晶振已坏，LED 不亮。可将此小电路安装在维修用的电源上，留两个插测晶振元件的小孔。 制作中应注意：晶振的两条引出线不能相距过近，否则振荡幅度大大减小导致发光管不亮。 一种简单的晶振检验器 用一般的万用表是不能测出晶振的好坏的，这里提供了一种简单而实用的晶振检验器，它只采用一个N 沟道结型场效应管（FET），两个普通NPN 小功率晶体三极管，一个发光管和一些阻容元件，便可有效的检验任何晶振的好坏。 如图所示，2N3823 结型N 沟道场效应管（可用任何其它型号的同类小功率场效应管，如3DJ6，3DJ7 等）与被测晶体（晶振）等组成一个振荡器，两个两个NPN 三极管2N3904（也可用其它任何型号的小功率NPN 三极管）接成复合检波放大器，驱动发光二极管LED。若被测晶振良好时，振荡器起振，其振荡信号经0.01uF 的电容耦合至检波放大器的输入端，经放大后驱动发光二极管发光。如果被测晶振不好，则晶振不起振，发光二极管就不发光。 本装置可检验任何频率的晶振但其最佳的工作状态是在3---10MHz 范围内。 下图为电路原理图：
下图为印刷板图 简易晶振测试电路 贡献人：时间：2009-12-24 本文介绍一款简单易作的晶振测试装置，原理电路如附图所示。图中，V1及其外围元件（包括被测晶振）共同组成一个电容三点式振荡器。当探头X1、X2两端接入被测晶振时，电路振荡。振荡信号经V2射极跟随级放大后输出，经C4耦合、D1、D2倍压整流后为V3提供偏置电流，V3导通，LED发光。若晶振不良或断路，电路则不能起振，因而LED不发光。该装置结构简单，所用元件极为普遍，而且只要元件质量良好，装配无误，不需调试即可一次成功。探头可利用两个插孔代替。也可以选用带电缆的表笔或测试棒，但引线不宜过长。该测试议可测试频率为450KHz～49MHz的各种晶振，工作电源推荐采用6V叠层电池。
高频答案第五章
第五章 正弦波振荡器 5－1 把题图5－1所示几个互感反馈振荡器交流等效电路改画成实际电路，并注明变压器的同名端（极性）。 5－9 用相位平衡条件的判断规则说明题5－2所示几个三点振荡器交流等效电路中，哪个电路是正确的（可能振荡），哪个电路是错误的（不可能振荡）。 [解]： （a ）、（b ）、（c ）不能振荡。（d ）、（e ）、（f ）可能振荡，但（e ）应满足 11011C L g = >ωω （f ）应满足11221 1 C L C L > 使0201ωωω< 辽宁工业大学 高频电子线路课程设计（论文）题目：石英晶体振荡器电路设计 院（系）：电子与信息工程学院 专业班级： 学号： 学生姓名： 指导教师： 起止时间： 2014.6.16-2014.6.27 课程设计（论文）任务及评语 院（系）：电子与信息工程学院 教研室： 电子信息工程 注：成绩：平时20% 论文质量50% 答辩30% 以百分制计算 学 号 学生姓名 专业班级 课程设计（论文）题目 石英晶体振荡器电路设计 课 程设计（论文）任务 要求：1．设计一个石英晶体振荡器 2．能够观察输入输出波形。 3．观察振荡频率。 参数：振荡频率10000HZ 左右。 设计要求： 1 .分析设计要求，明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。 2 .确定合理的总体方案。对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。 3 .设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。 4 .组成系统。在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。 指导教师评语及成绩 平时成绩(20%)： 论文成绩(50%)： 答辩成绩(30%)： 总成绩： 学生签字： 年 月 日 目录 第1章绪论 (1) 1.1石英晶体振荡器 (1) 1.2设计要求 (1) 第2章石英晶体振荡器设计电路 (2) 2.1石英晶体振荡器总体设计方案 (2) 2.2具体电路设计 (2) 2.2.1串联型晶体振荡器 (2) 2.2.2并联型晶体振荡器 (4) 2.2.3输出缓冲级设计 (5) 2.3元件参数的计算 (5) 2.4Multisim软件仿真 (6) 2.4.1串联型振荡器输出测试 (6) 2.4.2并联型振荡器输出测试 (7) 第3章课程设计总结 (9) 参考文献 (10) 附录Ⅰ总体电路图 (11) 附录Ⅱ元器件清单 (12) 石英晶体振荡器的基本工作原理及作用 (1)石英晶体振荡器（简称晶振）的结构石英晶体振荡器是利用石英晶体（二氧化矽的结晶体）的压电效应制成的一种谐振器件，它的基本构成大致是：从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片，它可以是正方形、矩形或圆形等），在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振。其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑胶封装的。(2)压电效应 若在石英晶体的两个电极上加一电场，晶片就会产生机械变形。反之，若在晶片的两侧施加机械压力，则在晶片相应的方向上将产生电场，这种物理现象称为压电效应。如果在晶片的两极上加交变电压，晶片就会产生机械振动，同时晶片的机械振动又会产生交变电场。在一般情况下，晶片机械振动的振幅和交变电场的振幅非常微小，但当外加交变电压的频率为某一特定值时，振幅明显加大，比其他频率下的振幅大得多，这种现象称为压电谐振，它与LC回路的谐 振现象十分相似。它的谐振频率与晶片的切割方式、几何形状、尺寸等有关。 (3)符号和等效电路石英晶体谐振器的符号和等效电路如图所示。当晶体不振动时，可把它看 成一个平板电容器称为静电电容C，它的大小与晶片的几何尺寸、电极面积有关，一般约几个pF到几十pF。当晶体振荡时，机械振动的惯性可用电感L來等效。一般L的值为几十mH到几 百mH。晶片的弹性可用电容C來等效，C的值很小，一般只有0.0002～0.1pF。晶片振动时因 摩擦而造成的损耗用R來等效，它的數值约为100Ω。由于晶片的等效电感很大，而C很小， R也小，因此回路的品质因數Q很大，可达1000～10000。加上晶片本身的谐振频率基本上只 与晶片的切割方式、几何形状、尺寸有关，而且可以做得精确，因此利用石英谐振器组成的振荡电路可获得很高的频率稳定性。 1.在MOS晶体管级设计完成功能为) | (|BE BCD A F 的ＣＭＯＳ静态逻辑门、为了使设计 出的电路具有最小延时提出个MOS晶体管的尺寸比例。 2.分析下图电路功能，并指出其优缺点和可能存在的问题。 图1 3.版图分析题： 图2 参照图2， （a）写出版图对应的逻辑表达式； （b）画出晶体管级电路图； （c）描述此类电路的特点和主要应用场合。 4.版图分析题： 图3 参照图3， （a）写出版图对应的逻辑表达式 （b）画出晶体管级电路图 5.版图分析题： 图4 参照图4， （a ）写出版图对应的逻辑表达式 （b ）画出晶体管级电路图 6. 逻辑设计题：请分别采用标准CMOS 设计方法、镜像电路设计方法、基于传输门的方法 设计一个两输入的XOR 电路。 7. 分析图5电路工作原理，说明该电路完成什么功能。分析该电路的建立时间、保持时间、 以及clk_q 的时间。 图5 8. 设计两输入CMOS 同或门，要求画出其晶体管电路图。 9. 分析图6，12φφ和为两相时钟，且12φφ超前，分析下面电路工作过程，并说明功能。 1 φ1 2 φ 1 φ2 φN M O S 图6 10. 电路设计题：用CMOS 传输门和反向器设计一个上升沿触发的D 触发器。 11. 使用互补CMOS 电路实现逻辑表达式()()F A B C D B E G =++++，当反相器的 NMOS W/L=2, PMOS W/L=4时输出电阻相同，根据这个确定该网络中各个器件尺寸。 12. 分析下面电路，分析其工作原理，并给出该电路实现的逻辑功能。（给出分析过程） A F B B M2 M3/M4 图2 13 考虑图3， a ． 下面的CMOS 晶体管网络实现什么逻辑功能？反相器的NMOS W/L=2, PMOS W/L=4 时输出电阻相同，根据这个确定该网络中各个器件尺寸。 b ．最初的输入模式是什么，必须采用哪一种输入才能取得最大传输延时？ 考虑在内部节点中的电容的影响。（给出分析过程） xxx大学 开放性实验报告 （A类） 项目名称：三极管开关电路设计实验室名称：创新实验室 学生姓名：xxxxxxxx 创新实验项目报告书 实验名称 三极管开关电路设计 日期 xxx 姓名 xxx 专业 xxx 一、实验目的（详细指明输入输出） 1.最大开关频率≥10KHz（不加输出负载）； 2.其输出用以控制继电器的通断（输入信号1Hz）； 3.有效输入控制电压Vin≤0.7V 或Vin≥ 4.3V； 4.设计两种开关电路：高电平饱和导通、低电平饱和导通。 二、实验原理（详细写出理论计算、理论电路分析过程）(不超过1页) 晶体管开关电路可以有两种，分别是共射开关电路，共集电极开关电路。 共射开关电路的NPN 型晶体管电路如下图所示： 当V IN >V ON 时，晶体管基极-发射极导通，有电流流过集电极，又晶体管发射 级接地，晶体管工作在饱和区，流过集电极电流很大，V CE 很小，相当于把集电 极-发射极的一个“开关”闭合了一样，从而形成开关动作； 共集电极开关电路的NPN 型晶体管电路如下图所示： 当V BE >V ON 时，晶体管基极-发射极导通，有电流流过集电极和发射极，此时 将信号从发射极电阻取出，可以得到总比基极电压小0.7V 的电压值，于是，当基极输入标准的TTL 电平的时候，NPN 共集电极开关电路从集电极可以得到0.7V 和5V 的电压。还有一点，由于共集电极晶体管电路输出电压同输入电压同向，可以消除米勒效应的影响，因此共集电极开关电路的开关频率大大优于共射极 开关电路。 综上，我们本次试验选择共集电极开关电路作为实验电路。 三、实验过程（记录实验流程，提炼关键步骤）（尽可能详细） a)确定元件型号，查找相关资料，设计最初的设计原理图。 由于手头上只有8050和8550型晶体管，而此次开关电路设计要求对晶体管并不苛刻，因此直接拿8050和8550作为本次试验所用的晶体管。 原理图如下图所示： b)在仿真软件上进行仿真。 按照原理图搭建仿真电路，仿真结果如下图所示： 仿真结果中，输入5V正弦波给予2.5V偏置以便观察共集开关电路的特性。在仿真结果中可以看到，当输入电压大于4.4V时，管子基极-发射极关断，从射极电阻取出的电压直接为V ——在这里为5V。 CC c)按照电路原理图焊接电路板。 题目：RC正弦波振荡电路的设计校名：福州大学至诚学院 年级班级： 姓名： 学号：210992 指导教师： 目录 一、RC正弦波振荡电路原理 (1) 二、设计指导要求 (2) 三、RC正弦振荡电路图 (2) 四、参数计算 (3) 五、安装调试 (4) 六、设计结论 (5) 七、心得体会 (6) 八、参考文献 (6) 一、RC正弦波振荡电路原理 采用RC选频网络构成的振荡电路称为RC振荡电路，它使用于低频振荡，一般用于产生1HZ~1MHZ的低频信号。常用的RC振荡电路有RC桥式振荡电路和RC移相式振荡电路。 RC桥式振荡电路 RC桥式振荡电路如图所示，RC串并联网络接在运算放大器的输出端和同相端构成了带有选频作用的正反馈电路，另外、Rf、R1接在运算放大器的输出端与反相端之间，与集成运放一起构成负反馈放大电路。 对于负反馈放大电路，输入信号由同相端输入，根据虚短，虚断可求 得负反馈带你呀放大倍数 振幅起振条件： 二、设计指导要求 要求：设计一个振荡频率f=500HZ的RC正弦波振荡电路。 内容要求：1、设计报告，元器件清单 2、组装，调整RC正弦振荡电路，使电路产生振荡输出。 3、当输出波形稳定且不失真时，测出输出电压的频率和 幅值，检验电路是否满足设计指标。若不满足，调整设计参数。 4、若要求输出500HZ的方波，余姚增加哪些元件予以实 现? 三、RC正弦振荡电路 集成运放 四、参数计算 令 R1=R2=R ， C1=C2=C f0=1 / 2πRC 取 R=16K ，f0=500HZ C=1 / 2πRf0 =0.02 uf 取标准电容 0.022uf R F≥2.1 R3 R=R3∥R F R3=3.1R/2.1≈24K R F= R f∥rd+Rp rd=10K 二极管取IN4007 R f=10K R p=68K 五、安装调试 1.课程设计的目的 (3) 2.课程设计的内容 (3) 3.课程设计原理 (3) 4.课程设计的步骤或计算 (5) 5.课程设计的结果与结论 (11) 6.参考文献 (16) 一、设计的目的 设计一个晶振频率为20MHz，输出信号幅度≥5V（峰-峰值），可调的晶体振荡器 二、设计的内容 本次课程设计要求振荡器的输出频率为20Mhz，属于高频范围。所以选择LC振荡器作为参考对象，再考虑输出频率和振幅的稳定性，最终选择了克拉泼振荡器。通过ORCAD 的设计与仿真，Protel绘制PCB版图，得到了与理论值比较相近的结果，这表明电路的原理设计是比较成功的，本次课程设计也是比较成功的。 三、设计原理 1．振荡器的概述 在电子线路中，除了要有对各种电信号进行放大的电子线路外，还需要有在没有激励信号的情况下产生周期性振荡信号的电子线路，这种电子线路就是振荡器。 振荡器是一种能量转换器，它不需要外部激励就能自动地将直流电源共给的功率转换为制定频率和振幅的交流信号功率输出。振荡器一般由晶体管等有源器件和某种具有选频能力的无源网络组成。 振荡器的种类很多，根据工作原理可分为反馈型振荡器和负阻型振荡器，根据所产生的波形可分为正弦波振荡器和非正弦波振荡器；根据选频网络可分为LC振荡器﹑晶体振荡器﹑RC振荡器等。 2．振荡器的振荡条件 反馈型振荡器的原理框图如下： 图1.1 反馈型振荡器的原理框图 如图1，放大器的电压放大倍数为K(s)，反馈网络的电压反馈系数为F(s)，则闭环电压放大倍数Ku(s)的表达式为[1]： K u (s)= ) () (s Us s Uo ( 1—1) 由 K(s)= ) () (s Ui s Uo (1—2) F(s)=) ()(s Uo s i U ' (1—3) U i(s)=U s (s)+)(s i U ' (1—4) 得 K u (s)= )()(1)(s F s K s K -=) (1) (s T s K - (1—5) 其中T(s)=K(s)F(s)= ) () (s Ui s i U ' (1—6) 称为反馈系统的环路增益。用s=j ω带入就得到稳态下的传输系数和环路增益。由式(1—5)可知，若在某一频率ω=ω1上T(j ω)，Ku （j ω）将趋近于无穷大，这表明即使没有外加信号，也可以维持振荡输出。因此自激振荡的条件就是环路增益为1，即 T(j ω)=K(j ω)F((j ω)=1 (1—7) 通常称为振荡器的平衡条件。 由式(1—6)还可知|T(j ω)|>1，|)(ωj i U '|>|Ui (j ω)|,形成增幅振荡。 |T(j ω)|<1, |)(ωj i U '|<|Ui (j ω)|,形成减幅振荡。 综上，正弦波振荡器的平衡条件为： T(j ω)=K(j ω)F((j ω)=1 也可表示为|T(j ω)|=KF=1 (1—8a) 三极管放大电路课程设计 (电子1202班杨云鹏0121209330224) 参考资料：《晶体管电路设计》【日】铃木雅臣著 《电子设计从零开始》 9013的相关介绍: 9013是一种NPN型硅小功率的三极管它是非常常见的晶体三极管，在收音机以及各种放大电路中经常看到它，应用范围很广,它是NPN型小功率三极管. 主要 用于低频放大与电子开关。 参数： 结构 NPN 材料与极性：SI-NPN 引脚：1 发射极2 基极3 集电 极。集电极发射极电压25V; 集电极基极电压45V ;发射极基极电压 5V ;集电极电流Ic Max 0.5A; 耗散功率0.625W ;工作温度-55℃ +150℃;特征频率150MHz。 课题要求：设计电压放大倍数为100倍的三极管放大电路；并且能够带动8欧和4千欧的负载。 电路设计：用2个9013三极管和一个8050pnp型三极管，前一个作为共射放大电路，放大倍数为50dB，但空载时输出电阻太大，无法带动负载为8欧的喇叭，所以后面加一个推挽型射极跟随器，不会降低放大倍数，但可使空载时输出电阻变的很小一般为几欧到十几欧，可带动8欧的喇叭。 电路设计图： 电路仿真输入输出波形： 实际测量： 出现故障及解决方法 1，在仿真的时候，出现了输出信号饱和失真和截止失真、增益不够、波形变形以及不能带动小负载的现象。解决方法：通过改变rc与re以及偏执电阻的阻值来不断的计算和调整，并加上了推挽式跟随器。最终得到了符合的波形 总结 在设计这次的BJT放大电路的过程中，我较熟练地运用了模电中的三极管放大，射极跟随器，推挽型射极跟随器以及差分放大电路和负反馈等知识。但是设计出的实物与实验要求相比还有比较大的差距。4千欧负载时三极管放大增益较符合，但是8欧的负载时信号衰减过大，不能符合设计要求。在不断地探索与试验中更深的理解了三极管放大电路中各电阻阻值变化对增益的影响。在今后学习中需再接再厉，并吸取这次的经验与教训。 第一章 设计内容 第一节：设计题目：正弦波振荡电路的设计与实现 第二节：设计指标 振荡频率: f=7MHZ ； 频率稳定度:小时/105/30-?≤?f f ； 电源电压：V=12V ； 波形质量 较好； 第三节： 方案设计与选择 LC 振荡器的电路种类比较多，根据不同的反馈方式，又可分为互感反馈振荡器，电感反馈三点式振荡器，电容反馈三点式振荡器，其中互感反馈易于起振，但稳定性差，适用于低频，而电容反馈三点式振荡器稳定性好，输出波形理想，振荡频率可以做得较高。 所以选择电容反馈三点式振荡器是不容置疑的，而电容反馈三点式振荡器又分为考毕兹振荡器，克拉波振荡器，西勒振荡器。本次课程设计我们选择考毕兹振荡器,因为此振荡电路适用于较高的工作频率。 第二章 设计原理 第一节 自激振荡的工作原理 正弦波振荡器：一种不需外加信号作用，能够输出不同频率正弦信号的自激振荡电路。 LC 回路中的自由振荡如图1(a)所示。 自由振荡——电容通过电感充放电，电路进行电能和磁能的转换过程。 阻尼振荡——因损耗等效电阻R 将电能转换成热能而消耗的减幅振荡。图1(b)所示。 等幅振荡——利用电源对电容充电，补充电容对电感放电的振荡过程，图1(c) 所示。这种等幅正弦波振荡的频率称为LC 回路的固有频率，即 LC f π= 210 图1 LC 回路中的电振荡 一、自激振荡的条件 振荡电路如图2所示。 振荡条件：相位平衡条件和振幅平衡条件。 1．相位平衡条件 反馈信号的相位与输入信号相位相同，即为正反馈，相位差是180?的偶数倍，即 ?=2n π 。其中，? 为vf 与vi 的相位差，n 是整数。vi 、vo 、vf 的相互关系参见图3。 2.振幅平衡条件 反馈信号幅度与原输入信号幅度相等。即 AVF=1 图2 变调谐放大器为振荡器 图3 自激振荡器方框图 二、自激振荡建立过程 自激振荡器：在图2中，去掉信号源，把开关S 和点“2”相连所组成的电路。 课程设计任务书 学生姓名：专业班级： 指导老师：刘辛工作单位：武汉理工大学理学院 题目：正弦波振荡电路设计 初始条件：直流可调稳压电源一台、示波器一台、万用表一块、面包板一块、元器件若干、剪刀、镊子等必备工具 要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求以及说明书撰写等具体要求）1、技术要求： 设计一个正弦波振荡电路，使它能输出频率一定的正弦波信号，振荡频率测量值与理论值的相对误差小于±5%，电源电压变化±1V时，振幅基本稳定，振荡波形对称，无明显非线性失真。 2、主要任务： （一）设计方案 （1）按照技术要求，提出自己的设计方案（多种）并进行比较； （2）以模拟器件电路为主，设计一个正弦波振荡电路（实现方案）； （3）依据设计方案，进行预答辩； （二）实现方案 （4）根据设计的实现方案，画出电路逻辑图和装配图； （5）查阅资料，确定所需各元器件型号和参数； （6）在面包板上组装电路； （7）自拟调整测试方法，并调试电路使其达到设计指标要求； （8）撰写设计说明书，进行答辩。 3、撰写课程设计说明书： 封面：题目，学院，专业，班级，姓名，学号，指导教师，日期 任务书 目录（自动生成） 正文：1、技术指标；2、设计方案及其比较；3、实现方案； 4、调试过程及结论； 5、心得体会； 6、参考文献 成绩评定表 时间安排： 课程设计时间：17周－18周 17周：明确任务，查阅资料，提出不同的设计方案（包括实现方案）并答辩； 18周：按照实现方案进行电路布线并调试通过；撰写课程设计说明书。 指导教师签名：年月日 系主任（或负责老师）签名：年月日 正弦波振荡电路 1.技术指标 1.1初始条件 直流可调稳压电源一台、示波器一台、万用表一块、面包板一块、元器件若干、剪刀、 镊子等必备工具。 1.2技术要求 设计一个正弦波振荡电路，使它能输出频率一定的正弦波信号，振荡频率测量值与理论值的相对误差小于±5%，电源电压变化±1V时，振幅基本稳定，振荡波形对称，无明显非线性失真。 1.3正弦波振荡电路原理 正弦波振荡电路是一个没有输入信号，依靠自激振荡产生正弦波输出信号的电路。正弦波振荡电路也称为正弦波振荡器，其实质是放大器引正反馈的结果。正弦波振荡电路一般由放大电路、选频网络、正反馈电路、稳幅环节四部分组成。选频网络通常不是独立存在，有时和正反馈网络合二为一，有时和放大电路合二为一。其基本原理如下：在直流电源闭合的瞬间，频率丰富的干扰信号串入振荡电路的输入端，经过放大后出现在电路的输出端，但是由于幅值很小而频率又杂，不是所要求的信号。此信号再经过选频及正反馈网络把某一频率信号筛选出来（而其他信号被抑制），再送回放大电路的输入端，整个电路的回路增益应略大于1，这样不断循环放大，得到失真的输出信号，最后经稳幅环节可输出一个频率固定、幅值稳定的正弦波信号。 总的来说，正弦波振荡电路大致作用过程如图1所示： 图1 正弦波振荡电路作用过程 2.设计方案及其比较 正弦波振荡电路的类型根据选频网络的组成元件可大致分为RC正弦波振荡电路、LC 在该应用手册中，我们将讨论我们推荐给您的晶振电路设计方案，并解释电路中的各个元器件的具体作用，并且在元器件数值的选择上提供指导。最后，就消除晶振不稳定和起振问题，我们还 将给出一些建议措施。 图1所示为晶振等效电路。R 为ESR(串联等效阻抗)。L 和C 分别是晶振等效电感和等效电容。C P 是晶振的伴生电容，其极性取决于晶振的极性。图2所示为晶振的电抗频谱线。当晶振在串联谐振状态下工作时，线路表现为纯阻性，感抗等于容抗(XL = XC)。串联谐振频率由下式给出 LC f S π21= 当晶振工作在并联谐振模式时，晶振表现为感性。该模式的工作频率由晶振的负载决定。对于并联谐振状态的晶振，晶振制造商应该指定负载电容C L 。在这种模式下，振动频率由下式给出 P L P L C C C C L fa += π21 图 1. 晶振等效电路. 图 2. 晶振的电抗频谱线. 在并联谐振模式下，电抗线中fs 到fa 的斜线区域内，通过调整晶振的负载，如图2，晶振都可以振荡起来。MX-COM 所有的晶振电路都推荐使用并联谐振模式的晶振。 图3所示为推荐的晶振振荡电路图。这样的组成可以使晶振处于并联谐振模式。反相器在芯片内体现为一个AB 型放大器，它将输入的电量相移大约180° 后输出；并且由晶振，R1，C1和C2组成的π型网络产生另外180°的相移。所以整个环路的相移为360°。这满足了保持振荡的一个条件。其它的条件，比如正确起振和保持振荡，则要求闭环增益应≥1。 反相器附近的电阻Rf 产生负反馈，它将反相器设定在中间补偿区附近，使反相器工作在高增益线性区域。电阻值很高，范围通常在500K ? ~2M ?内。MXCOM 的有些芯片内置有电阻，对于具体的芯片，请参考其外部元器件选用说明书。 对晶振来讲，C1和C2组成负载电容。和晶振来匹配最好的电容(C L )，晶振厂家都有说明。C1和C2的计算式为 S L C C C C C C ++?=2 121 这里C S 是PCB 的漂移电容（stray capacitance ），用于计算目的时，典型值为5pf 。现在C1和C2选择出来满足上面等式。通常选择的C1和C2是大致相等的。C1和/或C2的数值较大，这提高了频率的稳定性，但减小了环路增益，可能引发起振问题。 R1是驱动限流电阻，主要功能是限制反相器输出，这样晶振不会被过驱动（over driven ）。R1、C1组构成分压电路，这些元器件的数值是以这样的方式进行计算的：反相器的输出接近rail-to-rail 值，输入到晶振的信号是rail-to-rail 的60%，通常实际是令R1的电阻值和的C1容抗值相等，即R1 ≈ XC1。这使晶振只取得反相器输出信号的一半。要一直保证晶振消耗的功率在厂商说明书规定范围内。过驱动会损坏晶振。请参考晶振厂商的建议。 理想情况下，反相器提供180°相移。但是，反相器的内在延迟会产生额外相移，而这个额外相移与内在延迟成比例。为保证环路全相移为n360°，π 型网络应根据反相器的延迟情况，提供小于180°的相移。R1的调整可以满足这一点。使用固定大小的C1和C2，闭环增益和相位可随R1变化。如果上述两个条件均得到了满足，在一些应用中，R1可以忽略掉。 图 3. 晶振电路石英晶体振荡器电路设计
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