负阻型正弦波振荡器原理详解
负阻型正弦波振荡器原理详解

具有负的微变电阻特性的电子器件称为负阻器件。在一个 LC 或者谐振腔振荡回路中，若以负阻器件与消耗能量的常规电阻相抵消，使得振荡回路无能量消耗，那么电路也能维持正常的振荡。显然，在实际电路中，负阻器件肯定是有源器件。由这种形式构成的振荡器即为负阻振荡器，它主要工作在 100MHz 以上的超高频段。最早期的负阻振荡器采用隧道二极管作为负阻器件。现代的几十GHz振荡源的有源电路很多都采用负阻器件。典型负阻器件的V-A 特性有两种，如图 3 . 12 :



如图 3 . 12 ，共有两种典型的负阻特性，它们的共同点是其伏安特性曲线中都有负斜率值的的AB 段。它们两者的主要区别是：图[A] ，一个电流值对应一个以上的电压值，但一个电压值只对应一个电流值；图[B]相反，一个电压值对应一个以上的电流值，但一个电流值仅仅对应一个电压值。[A]对应的器件称为电压控制型负阻器件；[B]称为电流控制型负阻器件。这两种器件在应用时与电源的连接方式不同。对于电压控制型负阻器件，施加于器件两端的电压必须恒定才能使器件出现负阻特性，对于电流控制型负阻器件，应使通过它的电流为恒定值。

典型电压控制型负阻器件为隧道二极管，电流控制型负阻器件有单结晶体管（也称双基极二极管）、雪崩管、双向负阻管（ BNRT ）

等等。

反馈型负阻振荡器依靠 LC 振荡回路中的电感和电容交换能量的规律得到正弦振荡，再借助于正反馈将直流电能在回路电压的控制下

转换为交流电能补充给振荡回路。负阻型振荡器与反馈型 LC 正弦波振荡器的区别在于向 LC 回路补充能量的方式不同。前者依靠负微变特性，后者依靠在回路交变电压控制下将直流电能转变为交流电能，补充给 LC 回路。

下面介绍负阻器件与振荡回路的连接方式。对于电压控制型负阻器件应该用低内阻的电压源供电，对于电流控制型负阻器件应该用高

内阻的电流源供电。振荡回路与负阻器件的连接有两种形式：一种是与负阻器件串联；一种是与负阻器件并联，如图 3 . 13 , R 表示回路中的损耗电阻。



如前述，电压控制型负阻器件要求工作于恒压情况才能保证器件有确定的工作状态，即确保器件工作于负阻区。对于负阻器件说来， LC 振荡回路可以看作是负阻器件的交流信号控制电源。因而当构成一个负阻振荡器时，对于电压控制型负阻器件，应该使施加在器件两端的电压较为稳定。而对于电流控制型振荡器，应该使通过器件的电流较为稳定。因此，我们通过比较两种 LC 振荡回路电流、电压的恒定程度就可以知道上图中的两种振荡器属于什么类型了。 [a]描述的振荡器应该使用电流控制型负阻器件， [b]中描述的振荡器应该采用电压控制型负阻器件。






图 3 . 14 起振与平衡条件



如图 3 . 14 ，将负阻器件用电阻-r 代替，便得到等效电路。电流控制型负阻振荡器的起振条件是负阻器件的等效电阻绝对值大于与

其串联的正电阻，平衡条件是两者相等。电压控制型负阻振荡器的起振条件是负阻器件的等效负电阻绝对值小于与之并联的正电阻，平衡条件是两者之值相等。要想使振荡稳定下来，两种类型的负阻振荡器的振幅稳定条件也不相同。对于电流控制型负阻振荡器，振幅稳定条件应该是负阻器件的等效负电阻绝对值随振荡电流幅度的增大而减小，即：

df / di < O

对于电压控制型负阻振荡器，其振幅稳定条件应该是使负阻器件的等效负电组绝对值随振幅的加大而加大，即：

dr / du > O

图3.15给出一个隧道二极管负阻振荡器实例：