Zo=-Ro+jXo
2.1.1 起振条件
ZL=RL+jXL
图2.4负阻振荡模型
假设电路的等效电感和电容分别为: L和C,则可以列出整个电路的电流方程:
2 1
L2i RL RD i 0 (2-11)
t tC
求方程的解,当满足1
4L1
0时,方程的特征解为:
C RL RD 2
t
i Ie
cos t (2-12)
RL RD
。 2L
在振荡器起振时要求信号的幅度越来越大,也就是i随着t的增加而变大,
其中
这就需要:
RL RD 0 (2-13)
由式(2-13)可以看出振荡器的阻值必须为负值,而且它的绝对值应大于负载的阻值。这就是负阻理论的起振条件。
2. 2 平衡条件
当振荡器电路满足式(2-13)后,信号的振幅会逐渐变大。随着信号幅度的增大,电路中的各种非线性因素起到的作用也越来越大,譬如振荡器的负阻会随着振幅的加大而逐渐减小,这些因素会使信号的幅度不会无限制的增大下去,而是进入一个稳定状态。下面就来讨论振荡达到稳态时的条件。
可以参考图2-4,由振荡器和负载组成回路,在稳态时电路中已有大信号存在。假设稳定状态的回路电流为i Iej t ,忽略回路电流中的谐波分量,并对其取实部,可得负载两端的电压为:
VL t I RLcos t XLsin t (2-14)振荡器两端的电压为:
Vo t I 2-15) Rocos t Xosin t (
由于没有外加交流分量,器件两端的电压应该和振荡器两端的电压相等,可得:
Vo t VL t (2-16)
由三角函数的正交性可得:
XL X0 I 0 (2-17) Ro I RL 0 (2-18) 这就是振荡器的平衡条件。
2.3. 稳定条件
只满足起振条件和平衡条件是不够的,还必需满足稳定条件的需要,下面在满足上述两个条件的情况下来分析稳定条件。当环路达到平衡状态是,环路内的电流己是大信号,它的幅度和相位随时间变化,对时间求导:
j t d Iedi Re j d j1dI Iej t Re(2-19) dtdtdtIdt
可把式(2-19)中的复角频率设为w',如下:
d 1dI j ' (2-20)dtIdt
d dI
, ,然后, ZL 对 由于, 和I是时间的缓变函数,所以,dtdt
求导可得:
ZL ' ZL
dZL d 1dI
j
d dtIdt
1dI d '
RL jXL R jX jL (2-21) L Idt dt
上式为负载阻抗随时间的变化率,而振荡器阻抗Zo I 近似不变。这时回路仍满足(2-16)式,即:
Zo I ZL ' 0 (2-22) 设
I I0 I (2-23)
I0为平衡点的电流值, I表示一个随电压改变的幅度值。 其中S, 分别为: