第 3 章 正弦波振荡器
3.6 负阻正弦波振荡器
3.6.1 负阻器件
3.6.2 负阻振荡原理及其电路
3.6.3 用负阻观点讨论 LC 反馈振荡器
负阻振荡器是采用负阻器件与 LC 谐振回路共同构成
的一种正弦波振荡器, 主要工作在 100 MHz 以上的超高频
段 。
3.6.1 负阻器件
负阻器件是指它的
增量电阻为负的器件 。
隧道二极管的伏安
特性如图 3-6-1 所示 。
图中
vD = VQ + v = VQ + Vmsin? t
忽略失真的情况下
iD = IQ + i = IQ + Imsin? t
增量电流
i = (-gn)v = (-gn)Vmsin? t = - Imsin? t
加到器件上的平均功率
2/2/
d)s i n)(s i n(
1
d
1
n
2
mQQmmQQ
mQ
0
mQ
0
DD
gVIVIVIV
ttIItVV
T
tiv
T
P
TT
-=-=
-+== ?? ??
vD = VQ + v = VQ + Vmsin? t
iD = IQ + i = IQ + Imsin? t
i = - Imsin? t
2/d1 n2mQQ
0 DD
gVIVtivTP T -== ?
器件给出交流功率
因为 Vm < VQ,Im < IQ 所以 P > 0
器件是将一部分直流功率转换为交流功率 。
当器件工作在大信号时, 定义器件的平均负增量电导
为 -gn(av)。
图 3-6-2 给出了隧道二极管工作在大信号时的特性,
图中电导
m
1m
n ( a v ) V
Ig =
式中,
I1m — 基波电流振幅 。
3.6.2 负阻振荡原理及其电路
图 3-6-3 给出了电压控制型负阻振荡器 。
器件并接在谐振回路上 。
电路方程为
0d1dd e =++ ? vgtvLtvC
式中,ge = ge0 - gn(av)
ge0 — 谐振回路固有谐振电导 。
当 时 12
0
e ?
C
g
?
)c o s (e)( 0 ??? +?= - tAtv t
上式中,
C
g e
2
1=? 22
00 ??? -=? LC
1
0 =?
当 时, 受到扰动时起振, 振荡角频率为 。 12
0
e ?
C
g
? 0??
gn > ge0 ? 振幅增长 ? gn(av)下降 。
当 gn(av) = ge0,产生稳定振荡, 其角频率为 ?0 。
起振条件,gn > ge0 。
平衡条件,
0j 1j
o s c
o s cn ( a v)e0 =++- LCgg ??
或 ge0 = gn(av), LC10os c == ??
振幅稳定条件,
0
m
n ( a v ) ?
?
?
V
g
相位稳定条件 。
谐振回路的相频特性予以保证 。
电流控制型负阻器件 如图
3-6-4 所示 。
负阻器件串接在谐振回路中 。
采用同样的分析方法得到 。
起振条件,rn > re0
平衡条件,
re0 = rn(av)
LC
1
0o s c == ??
振幅稳定条件,
0
m
n (av ) ?
?
?
I
r 相位稳定条件 。
谐振回路的相频特性予以保证 。
例 如, 电压控制型负阻振荡器如图 3-6-5 所示 。
图 3-6-5 电压控制型负阻振荡器
21
2
DDD D 0 RR
RVV
+=
R = R1 // R2
R1,R2 取值过大, 如虚线所示, 有三个交点, 会引起
静态工作点不稳定 。
3.6.3 用负阻观点讨论 LC 反馈振荡器
从能量的观点
看, 带有正反馈的
放大器件可以等效
地看成负阻器件 。
参见 图 3-6-6(a)。
21
1
21
2
o
f
CC
C
XX
X
V
V
?+=+??
?
受控电流源支路的等效导纳
21
1
m
o
im
n )j( CC
Cg
V
VgY
?+-?
-=
?
?
?
参见图 3-6-
6(b)。
21
1
mn CC
Cgg
?+-=-
用负阻的观
点和用反馈的观
点研究振荡器的
特性是等效的 。
3.6 负阻正弦波振荡器
3.6.1 负阻器件
3.6.2 负阻振荡原理及其电路
3.6.3 用负阻观点讨论 LC 反馈振荡器
负阻振荡器是采用负阻器件与 LC 谐振回路共同构成
的一种正弦波振荡器, 主要工作在 100 MHz 以上的超高频
段 。
3.6.1 负阻器件
负阻器件是指它的
增量电阻为负的器件 。
隧道二极管的伏安
特性如图 3-6-1 所示 。
图中
vD = VQ + v = VQ + Vmsin? t
忽略失真的情况下
iD = IQ + i = IQ + Imsin? t
增量电流
i = (-gn)v = (-gn)Vmsin? t = - Imsin? t
加到器件上的平均功率
2/2/
d)s i n)(s i n(
1
d
1
n
2
mQQmmQQ
mQ
0
mQ
0
DD
gVIVIVIV
ttIItVV
T
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T
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TT
-=-=
-+== ?? ??
vD = VQ + v = VQ + Vmsin? t
iD = IQ + i = IQ + Imsin? t
i = - Imsin? t
2/d1 n2mQQ
0 DD
gVIVtivTP T -== ?
器件给出交流功率
因为 Vm < VQ,Im < IQ 所以 P > 0
器件是将一部分直流功率转换为交流功率 。
当器件工作在大信号时, 定义器件的平均负增量电导
为 -gn(av)。
图 3-6-2 给出了隧道二极管工作在大信号时的特性,
图中电导
m
1m
n ( a v ) V
Ig =
式中,
I1m — 基波电流振幅 。
3.6.2 负阻振荡原理及其电路
图 3-6-3 给出了电压控制型负阻振荡器 。
器件并接在谐振回路上 。
电路方程为
0d1dd e =++ ? vgtvLtvC
式中,ge = ge0 - gn(av)
ge0 — 谐振回路固有谐振电导 。
当 时 12
0
e ?
C
g
?
)c o s (e)( 0 ??? +?= - tAtv t
上式中,
C
g e
2
1=? 22
00 ??? -=? LC
1
0 =?
当 时, 受到扰动时起振, 振荡角频率为 。 12
0
e ?
C
g
? 0??
gn > ge0 ? 振幅增长 ? gn(av)下降 。
当 gn(av) = ge0,产生稳定振荡, 其角频率为 ?0 。
起振条件,gn > ge0 。
平衡条件,
0j 1j
o s c
o s cn ( a v)e0 =++- LCgg ??
或 ge0 = gn(av), LC10os c == ??
振幅稳定条件,
0
m
n ( a v ) ?
?
?
V
g
相位稳定条件 。
谐振回路的相频特性予以保证 。
电流控制型负阻器件 如图
3-6-4 所示 。
负阻器件串接在谐振回路中 。
采用同样的分析方法得到 。
起振条件,rn > re0
平衡条件,
re0 = rn(av)
LC
1
0o s c == ??
振幅稳定条件,
0
m
n (av ) ?
?
?
I
r 相位稳定条件 。
谐振回路的相频特性予以保证 。
例 如, 电压控制型负阻振荡器如图 3-6-5 所示 。
图 3-6-5 电压控制型负阻振荡器
21
2
DDD D 0 RR
RVV
+=
R = R1 // R2
R1,R2 取值过大, 如虚线所示, 有三个交点, 会引起
静态工作点不稳定 。
3.6.3 用负阻观点讨论 LC 反馈振荡器
从能量的观点
看, 带有正反馈的
放大器件可以等效
地看成负阻器件 。
参见 图 3-6-6(a)。
21
1
21
2
o
f
CC
C
XX
X
V
V
?+=+??
?
受控电流源支路的等效导纳
21
1
m
o
im
n )j( CC
Cg
V
VgY
?+-?
-=
?
?
?
参见图 3-6-
6(b)。
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1
mn CC
Cgg
?+-=-
用负阻的观
点和用反馈的观
点研究振荡器的
特性是等效的 。
