【圖】負阻型正弦波振蕩器原理詳解
(2023/10/9 18:00:00)
負阻型正弦波振蕩器原理詳解
負阻型正弦波振蕩器原理詳解
具有負的微變電阻特性的電子器件稱為負阻器件。在一個 LC 或者諧振腔振蕩回路中，若以負阻器件與消耗能量的常規電阻相抵消，使得振蕩回路無能量消耗，那么電路也能維持正常的振蕩。顯然，在實際電路中，負阻器件肯定是有源器件。由這種形式構成的振蕩器即為負阻振蕩器，它主要工作在 100MHz 以上的超高頻段。最早期的負阻振蕩器采用隧道二極管作為負阻器件。現代的幾十GHz振蕩源的有源電路很多都采用負阻器件。典型負阻器件的V-A 特性有兩種，如圖 3 . 12 :
如圖 3 . 12 ，共有兩種典型的負阻特性，它們的共同點是其伏安特性曲線中都有負斜率值的的AB 段。它們兩者的主要區別是：圖[A] ，一個電流值對應一個以上的電壓值，但一個電壓值只對應一個電流值；圖[B]相反，一個電壓值對應一個以上的電流值，但一個電流值僅僅對應一個電壓值。[A]對應的器件稱為電壓控制型負阻器件；[B]稱為電流控制型負阻器件。這兩種器件在應用時與電源的連接方式不同。對于電壓控制型負阻器件，施加于器件兩端的電壓必須恒定才能使器件出現負阻特性，對于電流控制型負阻器件，應使通過它的電流為恒定值。
典型電壓控制型負阻器件為隧道二極管，電流控制型負阻器件有單結晶體管（也稱雙基極二極管）、雪崩管、雙向負阻管（ BNRT ）
等等。
反饋型負阻振蕩器依靠 LC 振蕩回路中的電感和電容交換能量的規律得到正弦振蕩，再借助于正反饋將直流電能在回路電壓的控制下
轉換為交流電能補充給振蕩回路。負阻型振蕩器與反饋型 LC 正弦波振蕩器的區別在于向 LC 回路補充能量的方式不同。前者依靠負微變特性，后者依靠在回路交變電壓控制下將直流電能轉變為交流電能，補充給 LC 回路。
下面介紹負阻器件與振蕩回路的連接方式。對于電壓控制型負阻器件應該用低內阻的電壓源供電，對于電流控制型負阻器件應該用高
內阻的電流源供電。振蕩回路與負阻器件的連接有兩種形式：一種是與負阻器件串聯；一種是與負阻器件并聯，如圖 3 . 13 , R 表示回路中的損耗電阻。
如前述，電壓控制型負阻器件要求工作于恒壓情況才能保證器件有確定的工作狀態，即確保器件工作于負阻區。對于負阻器件說來， LC 振蕩回路可以看作是負阻器件的交流信號控制電源。因而當構成一個負阻振蕩器時，對于電壓控制型負阻器件，應該使施加在器件兩端的電壓較為穩定。而對于電流控制型振蕩器，應該使通過器件的電流較為穩定。因此，我們通過比較兩種 LC 振蕩回路電流、電壓的恒定程度就可以知道上圖中的兩種振蕩器屬于什么類型了。 [a]描述的振蕩器應該使用電流控制型負阻器件， [b]中描述的振蕩器應該采用電壓控制型負阻器件。
圖 3 . 14 起振與平衡條件
如圖 3 . 14 ，將負阻器件用電阻-r 代替，便得到等效電路。電流控制型負阻振蕩器的起振條件是負阻器件的等效電阻絕對值大于與
其串聯的正電阻，平衡條件是兩者相等。電壓控制型負阻振蕩器的起振條件是負阻器件的等效負電阻絕對值小于與之并聯的正電阻，平衡條件是兩者之值相等。要想使振蕩穩定下來，兩種類型的負阻振蕩器的振幅穩定條件也不相同。對于電流控制型負阻振蕩器，振幅穩定條件應該是負阻器件的等效負電阻絕對值隨振蕩電流幅度的增大而減小，即：
df / di < O
對于電壓控制型負阻振蕩器，其振幅穩定條件應該是使負阻器件的等效負電組絕對值隨振幅的加大而加大，即：
dr / du > O
圖3.15給出一個隧道二極管負阻振蕩器實例：
負阻型正弦波振蕩器原理詳解
具有負的微變電阻特性的電子器件稱為負阻器件。在一個 LC 或者諧振腔振蕩回路中，若以負阻器件與消耗能量的常規電阻相抵消，使得振蕩回路無能量消耗，那么電路也能維持正常的振蕩。顯然，在實際電路中，負阻器件肯定是有源器件。由這種形式構成的振蕩器即為負阻振蕩器，它主要工作在 100MHz 以上的超高頻段。最早期的負阻振蕩器采用隧道二極管作為負阻器件。現代的幾十GHz振蕩源的有源電路很多都采用負阻器件。典型負阻器件的V-A 特性有兩種，如圖 3 . 12 :
如圖 3 . 12 ，共有兩種典型的負阻特性，它們的共同點是其伏安特性曲線中都有負斜率值的的AB 段。它們兩者的主要區別是：圖[A] ，一個電流值對應一個以上的電壓值，但一個電壓值只對應一個電流值；圖[B]相反，一個電壓值對應一個以上的電流值，但一個電流值僅僅對應一個電壓值。[A]對應的器件稱為電壓控制型負阻器件；[B]稱為電流控制型負阻器件。這兩種器件在應用時與電源的連接方式不同。對于電壓控制型負阻器件，施加于器件兩端的電壓必須恒定才能使器件出現負阻特性，對于電流控制型負阻器件，應使通過它的電流為恒定值。
典型電壓控制型負阻器件為隧道二極管，電流控制型負阻器件有單結晶體管（也稱雙基極二極管）、雪崩管、雙向負阻管（ BNRT ）
等等。
反饋型負阻振蕩器依靠 LC 振蕩回路中的電感和電容交換能量的規律得到正弦振蕩，再借助于正反饋將直流電能在回路電壓的控制下
轉換為交流電能補充給振蕩回路。負阻型振蕩器與反饋型 LC 正弦波振蕩器的區別在于向 LC 回路補充能量的方式不同。前者依靠負微變特性，后者依靠在回路交變電壓控制下將直流電能轉變為交流電能，補充給 LC 回路。
下面介紹負阻器件與振蕩回路的連接方式。對于電壓控制型負阻器件應該用低內阻的電壓源供電，對于電流控制型負阻器件應該用高
內阻的電流源供電。振蕩回路與負阻器件的連接有兩種形式：一種是與負阻器件串聯；一種是與負阻器件并聯，如圖 3 . 13 , R 表示回路中的損耗電阻。
如前述，電壓控制型負阻器件要求工作于恒壓情況才能保證器件有確定的工作狀態，即確保器件工作于負阻區。對于負阻器件說來， LC 振蕩回路可以看作是負阻器件的交流信號控制電源。因而當構成一個負阻振蕩器時，對于電壓控制型負阻器件，應該使施加在器件兩端的電壓較為穩定。而對于電流控制型振蕩器，應該使通過器件的電流較為穩定。因此，我們通過比較兩種 LC 振蕩回路電流、電壓的恒定程度就可以知道上圖中的兩種振蕩器屬于什么類型了。 [a]描述的振蕩器應該使用電流控制型負阻器件， [b]中描述的振蕩器應該采用電壓控制型負阻器件。
圖 3 . 14 起振與平衡條件
如圖 3 . 14 ，將負阻器件用電阻-r 代替，便得到等效電路。電流控制型負阻振蕩器的起振條件是負阻器件的等效電阻絕對值大于與
其串聯的正電阻，平衡條件是兩者相等。電壓控制型負阻振蕩器的起振條件是負阻器件的等效負電阻絕對值小于與之并聯的正電阻，平衡條件是兩者之值相等。要想使振蕩穩定下來，兩種類型的負阻振蕩器的振幅穩定條件也不相同。對于電流控制型負阻振蕩器，振幅穩定條件應該是負阻器件的等效負電阻絕對值隨振蕩電流幅度的增大而減小，即：
df / di < O
對于電壓控制型負阻振蕩器，其振幅穩定條件應該是使負阻器件的等效負電組絕對值隨振幅的加大而加大，即：
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圖3.15給出一個隧道二極管負阻振蕩器實例：
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