電子科技大學通信射頻電路射頻振蕩器演示文稿現在是1頁\一共有39頁\編輯于星期日優選電子科技大學通信射頻電路射頻振蕩器現在是2頁\一共有39頁\編輯于星期日

振蕩器分類按工作原理和分析方法可分為兩大類反饋型振蕩器負阻型振蕩器5.8GHz注鎖振蕩器電路，結構，測試性能現在是3頁\一共有39頁\編輯于星期日&10.2振蕩器原理及電路

振蕩器原理反饋原理負電阻原理振蕩器的反饋模型

+-i+-Rvs振蕩器的負電阻模型

反饋振蕩器負阻振蕩器

振蕩器分類現在是4頁\一共有39頁\編輯于星期日&7.1反饋型振蕩器

反饋型振蕩器結構1.放大電路;2.反饋網絡;3.選頻回路;4.電源.合成+選頻放大器反饋網絡Vi+-V2V3βV4Ad現在是5頁\一共有39頁\編輯于星期日若對某個頻率:βAd=-1,

Al：閉環電路增益T：開環電路增益電路將自激振蕩，不需要外部輸入信號。→∞

電路要起振，反饋環路的凈增益必須大于或等于1，環路中信號的凈相移必須是360°的正整數倍（正反饋）。Barkhause準則-振蕩條件T(jω)=-1→Al(jω)=∞起振條件現在是6頁\一共有39頁\編輯于星期日

由于振蕩器是正反饋，因此起振之初，輸出信號勢必越來越大，信號最終穩定必須滿足幅度和相位的穩定條件。

振蕩穩定條件

振幅穩定條件穩定時|T(jω)|=1,且為了確保vo幅值不變還應有1穩定點vi|T(jω)|起振條件:|T(jω)|>1開環增益越大越易起振!現在是7頁\一共有39頁\編輯于星期日相位穩定條件

幅度和相位穩定條件確立了幅度和相位在低于穩定點為正反饋，超過穩定點為負反饋。

反饋型振蕩器設計要點1.合適的放大器(可變增益)2.正反饋支路3.選頻網絡4.負斜率相頻特性.現在是8頁\一共有39頁\編輯于星期日vR+-i+-Rvs

電阻R上的電流I的流向與電壓降vR一致，因此其消耗功率，呈現正電阻特性。&7.2負電阻振蕩器

對于信號源，其上的壓降與電流方向相反，輸出功率，在上圖中其消耗的是負功率。等效為一負電阻!

除了信號源之外，某些器件的I-V特性也等效為一個負電阻,即器件的伏安特性出現負斜率段。現在是9頁\一共有39頁\編輯于星期日iv負阻段電壓型iv負阻段電流型

常見的呈現負阻特性的器件有隧道二極管和雙基極二極管。Q1CLQ2ReVccCL-Rs現在是10頁\一共有39頁\編輯于星期日在圖示的電路中，位于任意位置的平面AB將電路切割為左右兩部分，Zs和ZL分別為左右兩部分電路的輸入阻抗（最常用的選擇是將參考平面放置在諧振器和晶體管之間）.負電阻振蕩器分析方法現在是11頁\一共有39頁\編輯于星期日

振蕩條件

現在是12頁\一共有39頁\編輯于星期日有源電路單元(ZS)的負電阻和電抗必須與ZL的電阻和電抗在幅值上相等，符號相反。

為了起振，負電阻的幅值應大于小信號條件下得到的幅值。由于振蕩電路中有更多的負電阻，振蕩將持續增長，振蕩振幅持續增大，然有源器件的非線性將導致負電阻的量值減小，直到達到穩態的量值。負電阻振蕩器的振蕩條件1.建立適當的靜態工作點，使器件工作在負阻特性區間,滿足2.滿足振蕩穩定條件（類似Barkhouse準則）現在是13頁\一共有39頁\編輯于星期日負電阻振蕩器特點工作頻率較高，可達100GHz以上;電路形式簡單;設計難度較高.

常見負阻振蕩器微帶振蕩器，介質腔體振蕩器，YIG振蕩器，耿氏二極管振蕩器等產生負電阻的基本電路拓撲

現在是14頁\一共有39頁\編輯于星期日&7.3振蕩器主要性能指標1.工作頻率ωo

2.輸出電平（功率）3.頻率準確度常用相對頻偏來衡量1PPm(e-6)4.頻率穩定度指在規定的時間間隔內，輸出頻率偏離標稱值的大小，分長期、短期和瞬間穩定度三種。現在是15頁\一共有39頁\編輯于星期日時域：主要用于阿倫方差表征頻域：相位噪聲5.頻譜純度(失真度)

指輸出信號接近理想的標準信號的程度，一般用雜散分量(包括諧波)和相位噪聲來衡量。6.效率與功耗

DC-RF的轉換效率整個系統消耗的功率7.體積與成本現在是16頁\一共有39頁\編輯于星期日&7.4振蕩器基本電路文氏電橋振蕩器利用超前/滯后網絡作反饋支路的振蕩器。+-R2C2R1C1RiRf=2RiA超前滯后網絡Vout現在是17頁\一共有39頁\編輯于星期日反饋網絡的轉移特性曲線f01/3F(jω)f平衡時對v1同相放大，對v2反相放大同相增益反相增益Rf、Ri提供負反饋,超前/滯后網絡提供正反饋現在是18頁\一共有39頁\編輯于星期日開環增益

常用在5K-1MHz工作頻率范圍,作低頻信號發生器，信號穩定度差！

互感LC振蕩器ReRb1C等效振蕩回路Rb2C∞C∞C∞Vcc現在是19頁\一共有39頁\編輯于星期日

利用互感提供反饋，應注意互感的同名端。共發電路為反相放大，則反饋應倒相才能構成正反饋。共基電路為同相放大，則反饋應同相才能構成正反饋。

多用于收音機本振，工作頻率也不高，信號頻率穩定度也較差。

實際制作調諧放大器時，應特別小心，避免信號因電路排版或空間輻射引起回授，從而導致寄生振蕩產生。三端振蕩器

在三端晶體管的三個外接點（輸入、輸出、地）之間分別接以不同電抗元件構成的振蕩器.現在是20頁\一共有39頁\編輯于星期日AX3X2X1

理論分析表明要滿足相位穩定條件，X1與X2、X3必須異性（感、容）。振蕩頻率由X1與X2、X3構成的回路諧振頻率決定。特點：工作頻率高，穩定度更好。三端振蕩器拓撲結構現在是21頁\一共有39頁\編輯于星期日Hartley振蕩器（電感三端振蕩器）L1L2C1Hartley振蕩器拓撲及電路L1L2C1C3R2R1L∞C2Vcc

Hartley振蕩器工作特性主要由電感抽頭（L1L2的比值）決定。反饋能量太小，不易振蕩，反饋能量太大，晶體管要飽和，回路品質因數下降，影響頻率穩定度。現在是22頁\一共有39頁\編輯于星期日

振蕩器的頻率調整主要靠改變L1、L2的電感量。由于后接放大器通常輸入端為容性負載，因此振蕩頻率易受負載的影響。Copitts振蕩器（電容三端振蕩器）LC1C2LC1C3R2R1L∞C2VccCopitts振蕩器拓撲及電路現在是23頁\一共有39頁\編輯于星期日

Copitts振蕩器反饋系數取決于C1、C2的比值。當振蕩頻率較高時，改變頻率要改變C1、C2，從而會影響反饋比。Clapp振蕩器（改進型Copitts振蕩器）Clapp振蕩器拓撲LC1C2C3X1現在是24頁\一共有39頁\編輯于星期日

Clapp振蕩器中C3遠小于C1、C2，從而振蕩頻率主要取決于C3、L。而C1、C2決定反饋系數，可以取值較大，電路振蕩頻率不易受后級影響，振蕩頻率調整方便，因此為實際電路較多采用。電壓控制振蕩器（VCO）VCO電路現在是25頁\一共有39頁\編輯于星期日

VCO是現代頻率合成器中的一個重要的基本組成部件,原理是振蕩回路中電抗元件（主要是電容）隨控制電壓變化，從而改變輸出頻率。VcVc高Vc低f低f高f現在是26頁\一共有39頁\編輯于星期日壓控振蕩器主要技術指標（1）盡可能低的相位噪聲←質量指標（2）頻率的相對覆蓋應滿足要求(針對控制電壓范圍)晶體壓控振蕩器VCXOLCVCO（3）壓控頻率特性曲線的非線性盡可能小。太大可能導致環路參數急劇變化，從而引起不穩定。現在是27頁\一共有39頁\編輯于星期日非線性系數Kn定義斜率之比在頻率合成器中Kn的大小取決于

a.變容管特性;b.變容管接入方式;c.Vc的變化范圍.（4）輸出幅度應盡可能平穩（有助于諧波抑制）。現在是28頁\一共有39頁\編輯于星期日&7.5振蕩器的相位噪聲

振蕩器輸出功率譜現在是29頁\一共有39頁\編輯于星期日

振蕩器相位噪聲根源熱噪聲和閃爍噪聲

閃爍噪聲是基帶(低頻)噪聲，由于有源器件的非線性,將其上變頻到載波頻率附近.

振蕩器閉環和開環時的噪聲頻譜

現在是30頁\一共有39頁\編輯于星期日

低相位噪聲振蕩器設計

振蕩器的主要設計目標之一就是低相位噪聲。對三端振蕩器輸出信號的相位噪聲為

欲降低相位噪聲，則須提高QL。除要求振蕩回路元件空載品質因數盡可能高之外，電路設計的原則是盡可能的減小放大器對振蕩回路引入的損耗。設計中應使放大器始終工作在線性放大區間，不能出現飽和狀態。現在是31頁\一共有39頁\編輯于星期日低噪聲振蕩器要求盡可能高的有載品質因素，高的空載品質因素是前提。一般而言，諧振回路中的電容的品質因數都遠高于電感，故決定品質因數的元件主要是電感或等效電感。以石英晶體為代表的壓電晶體器件（工作于感性區域）就具有較高的空載品質因數。一般的電感Ql:20-80粗銅線繞制電感Ql:100-400石英晶體Ql:10000-300000現在是32頁\一共有39頁\編輯于星期日

有源器件選擇

振蕩器性能很大程度上取決于所選用的有源器件是否適當。大多數振蕩器使用硅雙極型晶體管或GaAs器件。有源器件在所需頻帶內能否產生足夠的負阻或是前向增益很重要!對不同應用及要求，閃爍噪聲，輸出功率等因數也應考慮到。

GaAsFET與硅雙極型晶體管(BJT)

GaAsFET有高振蕩頻率，高增益，高輸出功率和高效率優點!

硅雙極型晶體管有較低的閃爍噪聲,用于低相位噪聲振蕩器

!

&7.5射頻振蕩器設計現在是33頁\一共有39頁\編輯于星期日異質結雙極性晶體管(HBT)

HBT在微波和毫米波電路中表現出了出色的增益和噪聲性能,HBT的垂直結構消除了FET的表面狀態問題，有更好的相位噪聲特性。HBT跨導高，能在寬頻帶內產生負電阻，主要用于寬帶可調振蕩器。HBT截止電壓高，電流處理能力強，振蕩器具有高輸出功率。

SiGe雙極型技術可以超過普通硅器件,提供與GaAs等同的性能，兼具硅的低價性和批量生產優點。

SiGe雙極型晶體管現在是34頁\一共有39頁\編輯于星期日偏置電路設計

偏置電路設計一般獨立于射頻電路設計。主要關注功率效率、穩定性和易用性。設計低相噪振蕩器時，偏置電路需要仔細選擇以避免任何不希望的調制信號和噪聲注入。

MESFET振蕩器偏置電路

現在是35頁\一共有39頁\編輯于星期日振蕩器電路設計與仿真

實際的振蕩器是非線性器件，小信號仿真能保證振蕩條件和振蕩頻率,但無法準確預測輸出功率。小信號設計與仿真大信號設計與仿真三種主要設計方法時域法;諧波平衡法;Volterra級數法。

現在是36頁\一共有39頁\編輯于星期日Clapp振蕩器基本參數選擇例如AX3X2X1LC1C2C3