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电子科技大学 射频振荡器是射频/微波/毫米波电子系统中一个必不可少的器件，提供原始信号。一个电子系统中往往需要多个射频振荡器。 提供通信/雷达等电子系统的载波或变频本振; 提供系统时钟; 系统同步。 射频振荡器功能 振荡? 两个状态或两个条件之间的周期变动。 振荡器使用的器件 二端器件(Gunn, IMPATT, etc.) 三端器件(BJT, HBT, MESFET, etc.) 当前第1页\共有40页\编于星期三\5点 振荡器分类 按工作原理和分析方法可分为两大类 反馈型振荡器 负阻型振荡器 5.8GHz 注锁振荡器电路，结构，测试性能 当前第2页\共有40页\编于星期三\5点 10.2 振荡器原理及电路 振荡器原理 反馈原理 负电阻原理 振荡器的反馈模型 + - i + - R vs 振荡器的负电阻模型 反馈振荡器 负阻振荡器 振荡器分类 当前第3页\共有40页\编于星期三\5点 7.1 反馈型振荡器 反馈型振荡器结构 1.放大电路;2.反馈网络;3.选频回路;4.电源. 合成+选频 放大器 反馈网络 Vi + - V2 V3 β V4 Ad 当前第4页\共有40页\编于星期三\5点 若对某个频率: βAd=-1, Al：闭环电路增益 T：开环电路增益 电路将自激振荡，不需要外部输入信号。 →∞ 电路要起振，反馈环路的净增益必须大于或等于1，环路中信号的净相移必须是360°的正整数倍（正反馈）。 Barkhause准则-振荡条件 T(jω)=-1→Al(jω)=∞ 起振条件 当前第5页\共有40页\编于星期三\5点 由于振荡器是正反馈，因此起振之初，输出信号势必越来越大，信号最终稳定必须满足幅度和相位的稳定条件。 振荡稳定条件 振幅稳定条件 稳定时|T(jω)|=1,且为了确保vo幅值不变还应有 1 稳定点 vi |T(jω)| 起振条件: |T(jω)|1 开环增益越大越易起振! 当前第6页\共有40页\编于星期三\5点 相位稳定条件 幅度和相位稳定条件确立了幅度和相位在低于稳定点为正反馈，超过稳定点为负反馈。 反馈型振荡器设计要点 1.合适的放大器(可变增益) 2.正反馈支路 3.选频网络 4.负斜率相频特性. 当前第7页\共有40页\编于星期三\5点 vR + - i + - R vs 电阻R上的电流I的流向与电压降vR一致，因此其消耗功率，呈现正电阻特性。 7.2 负电阻振荡器 对于信号源，其上的压降与电流方向相反，输出功率，在上图中其消耗的是负功率。 等效为一负电阻! 除了信号源之外，某些器件的I-V特性也等效为一个负电阻,即器件的伏安特性出现负斜率段。 当前第8页\共有40页\编于星期三\5点 i v 负阻段 电压型 i v 负阻段 电流型 常见的呈现负阻特性的器件有隧道二极管和双基极二极管。 Q1 C L Q2 Re Vcc C L -Rs 当前第9页\共有40页\编于星期三\5点 在图示的电路中，位于任意位置的平面AB将电路切割为左右两部分，Zs 和ZL 分别为左右两部分电路的输入阻抗（最常用的选择是将参考平面放置在谐振器和晶体管之间）. 负电阻振荡器分析方法 当前第10页\共有40页\编于星期三\5点 振荡条件　 当前第11页\共有40页\编于星期三\5点 有源电路单元(ZS)的负电阻和电抗必须与ZL的电阻和电抗在幅值上相等，符号相反。 为了起振，负电阻的幅值应大于小信号条件下得到的幅值。由于振荡电路中有更多的负电阻，振荡将持续增长，振荡振幅持续增大，然有源器件的非线性将导致负电阻的量值减小，直到达到稳态的量值。 负电阻振荡器的振荡条件 1.建立适当的静态工作点，使器件工作在负阻特性区间,满足 2.满足振荡稳定条件（类似Barkhouse准则） 当前第12页\共有40页\编于星期三\5点 负电阻振荡器特点 工作频率较高，可达100GHz以上; 电路形式简单; 设计难度较高. 常见负阻振荡器 微带振荡器，介质腔体振荡器，YIG振荡器，耿氏二极管振荡器等 产生负电阻的基本电路拓扑 当前第13页\共有40页\编于星期三\5点 7.3 振荡器主要性能指标 1.工作频率 ωo 2.输出电平（功率） 3.频率准确度 常用相对频偏来衡量 1PPm (e-6) 4.频率稳定度 指在规定的时间间隔内，输出频率偏离标称值的大小，分长期、短期和瞬间稳定度三种。 当前第14页\共有40页\编于星期三\5点 时域：主要用于阿伦方差表征 频域：相位噪声 5. 频谱纯度(失真度)