射频通信电路7_射频振荡器课件.ppt

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1、第七章射频振荡器(书中第七章)电子科技大学蔡竟业射频/微波/毫米波振荡器是电子系统中必不可少的部件。一个电子系统中往往需要多个的频率信号振荡?两个状态或两个条件之间的周期变动。振荡器按工作原理可分为两大类:1.反馈型振荡器2.负阻型振荡器1.提供通信/雷达等电子系统的载波或变频;2.提供系统时钟;3.系统同步。&7.1反馈型振荡器基本组成合成器放大器反馈网络Vi+-V2V3βV4Ad1.放大电路;2.反馈网络;3.选频回路;4.电源.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。→∞电路要想维持振荡，反馈环路的净增益

2、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T(jω)=-1→Al(jω)=∞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两个方面的稳定条件。振荡器的稳定条件一、振幅稳定条件稳定时

3、T(jω)

4、=1且为了确保vo幅值不变还应有1稳定点vi

5、T(jω)

6、起振条件

7、T(jω)

8、>1开环增益越大越易起振.二、相位稳定条件Barkhause幅度和相位稳定条件确立，对幅度而言，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(等效)

9、3.选频网络4.负斜率相频特性.&7.2振荡器主要性能指标1.工作频率ωo2.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.频率稳定度时域：主要用于阿伦方差表征频域：相位噪声5.失真度谐波、杂散大小.&7.3基本振荡器电路文氏电桥振荡器利用超前滞后网络作反馈支路的振荡器。+-R2C2R1C1RiRf=2RiA超前滞后网络Vout反馈网络的转移特性曲线f01/3F(jω)f平衡时对v1同相放大，对v2反相放大同相增益反相增益Rf、Ri提供负反馈,超前/滞后网络提供正反馈开环增益应用在5K~1MHz工作频率,常用作低频信号发生器，信号稳定度极差！互

10、感LC振荡器ReRb1C等效振荡回路Rb2C∞C∞C∞Vcc利用互感提供反馈，应注意互感的同名端。共发电路为反相放大，则反馈应倒相才能构成正反馈。共基电路为同相放大，则反馈应同相才能构成正反馈。实际制作调谐放大器时，应特别小心，避免信号因电路排版或空间辐射引起回授，从而导致寄生振荡产生。多用于收音机作外差本振，工作频率也不高，信号稳定度也较差。三端振荡器在三端有源晶体管的三个外接点（输入、输出、地）之间分别接以不同电抗元件构成的振荡器.AX3X2X1理论分析表明要满足相位稳定条件，X1与X2、X3必须异性（感、容）。振荡频率由X1与X2、X3构成的回路谐振频率决定。特

11、点：工作频率高，稳定度更好。Hartley振荡器（电感三端振荡器）L1L2C1Hartley振荡器原理/电路图L1L2C1C3R2R1L∞C2VccHartley振荡器工作特性主要由电感抽头（L1L2的比值）决定。反馈能量太小，不易振荡，反馈能量太大，晶体管要饱和，回路品质因数下降，影响频率稳定度。振荡器的频率调整主要靠改变L1、L2的电感量。由于后接放大器通常输入端为容性负载，因此振荡频率易受负载的影响。Copitts振荡器（电容三端）LC1C2LC1C3R2R1L∞C2VccCopitts振荡器原理/电路图Copitts振荡器反馈系数取决于C1、C2的比值。当振荡

12、频率较高时，改变频率要变C1、C2，会影响反馈比。Clapp振荡器（改进的Copitts振荡器）Clapp振荡器原理图LC1C2C3X1Clapp振荡器中C3远小于C1、C2，从而振荡频率主要取决于C3、L。而C1、C2决定反馈系数，可以取值较大，电路振荡频率不易受后级影响，振荡频率调整方便，因此为实际电路较多采用。负阻振荡器vR+-i+-Rvs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。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于一负电阻除了信号源之外，某些器件的等效特性也如负阻。就器件的伏安特性来看，负

13、阻特性即是特性出现负斜率段。常见的二极管、三极管、场效应管等均无此特性（单调上升）。呈现负阻特性的器件有隧道二极管和双基极二极管。iv负阻段电压型iv负阻段电流型Q1CLQ2ReVccQ等效CL-Rs负阻振荡条件1.建立适当的静态工作点，使器件工作于负阻特性区间2.满足振荡稳定条件（类似Barkhouse准则）负阻振荡器特点a.工作频率较高(可达100GHz以上);b.电路形式简单;c.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&7.4射频振荡器设计低相位噪声设计振荡器的主要设计目标之一就是低相位噪声。