本帖最后由 jz0095 于 2013-7-2 17:21 编辑
不支持现有理论的实验 对负阻功能具有代表性的声明如下[G. Gonzalez, “Foundations of Oscillator Circuit Design”, Miami: Artech House, 2007, pp.2-19, 251-253.]: 1. 如果回路电阻Rin+RL>0,“振荡将不能维持”; 2. 如果回路电阻Rin+RL<0,“振荡将不稳定,其幅度将增长”;“只要回路电阻为负,振荡(幅度)就将不停地增长”; 3. “当回路电阻为0时,(回路)电流幅度将达到稳态”。 对回路电阻中Rin和RL的说明见下。 .
现有理论负阻振荡器模型
图1 负阻振荡器模型 图1是负阻振荡器模型的简化图,在谐振下,回路的电抗抵消为0。Rin是有源电路输入阻抗的实部,RL是无源谐振器网络或者元件。Rin<0,是不稳定放大器的条件,该条件可能导致电路振荡。起振条件见式(A-1),振荡稳定条件见式 (A-2)。
Rin+RL<0 (A-1)
Rin+RL=0 (A-2) 图1的回路净阻Rnet是,Rnet=Rin+RL。
. 与公式(A-1)、(A-2)对应的等效公式见(A-1’)和(A-2’)。
Rnet<0 (A-1’)
Rnet=0 (A-2’) 实验电路 图2是CC(共集电极)组态振荡器电路图。Zin是在Z1开路下有源电路的输入阻抗;Z1是电感支路的阻抗。Zin和Z1的实部,即Re(Zin)和Re(Z1),分别对应于图1中的Rin和RL。输出端口接R02,R02=50欧,是SA(频谱仪)的输入阻抗。 Zin可以用NA(网络分析仪)的Z参数测得。
图2 CC振荡器原理图 图2的电路偏置,Vce=2.5V,Ic=10mA。电源电压是5V,接在集电极上,等效为交流地。 在10.62 MHz上测得,Zin= -12.57-j281.2。 谐振时,图2输入回路的净阻Rnet是,Rnet=Re(Z1)+Re(Zin)。 Z1由L和Rv阻抗组成。 Rv是人为增加的电位器,调节Rv,可以使振荡器工作在Rnet>0或者Rnet<0条件下。这样,就可以检验前面现有振荡器理论的声明是否正确。 为了保证测量的可靠,在图2频谱仪的输入端串接了一个20dB衰减器(可以不需要)。因此,电路实际的输出幅度需要在频谱仪读数上增加20dB。下面的幅度均为增加20dB校正的结果。 图3是实验的结果,一个是存储曲线,一个是被测频谱。存储的低幅度曲线,是电路对噪声放大的结果。曲线峰值和频谱基波频率都是10.6MHz,与Zin的测量频率略有差别。 实验 当Rv使Re(Z1)=44.4欧,Rnet=44.4-12.57=31.83欧时,输出幅度稳定,见图3存储曲线。 当Rv小范围增加或者减小时,输出就相应同步、稳定地减小或者增加;当Rv 停止变化时,输出也停止变化。 当Re(Z1)=33.8欧,Rnet=33.8-12.57=21.23欧时,在这个Rnet>0条件下,输出开始自动、缓慢地增长,30秒后出现二次谐波产物H2。基波幅度最后1dB的增长用了近2分钟。稳定后,Po= -11.75 dBm,H2= -30 dBc,见图3频谱。
图3 放大器模式振荡 存储曲线:Re(Z1)=44.4 ohm,Po= -76 dBm 频谱:Re(Z1)=33.8 ohm,Po= -11.75 dBm,H2= -30 dBc。 当Re(Z1)=23欧,Rnet=23-12.57=10.43欧,Rnet>0时,在频谱仪上可以看到幅度在上下跳动地缓慢增长,近1分钟后幅度才稳定下来,稳定时,Po= -8 dBm,H2= -21.17 dBc。 当进一步减小Rv,Rnet就进一步减小;Rnet越小,从起振到稳定的时间就越短,基波和谐波的幅度也越大。此规律延续到Rnet进入<0区域。实验结束。 评论-A: · “起振条件”并不一定需要Rin+RL<0,当Rin+RL>0时,振荡也可以得以维持。 · 振荡“稳态条件”可以不是Rin+RL=0,而可以是Rin+RL>0或者Rin+RL<0。即,Rin+RL=0最多是个难以维持的特例。 现有理论与事实的不符,暴露了现有理论的缺陷。该理论缺陷与对负阻认识的缺陷有关。
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补充:
现有理论哪里经不住检验了?
现理论:1. 如果回路电阻Rin+RL>0,“振荡将不能维持”;
实验: 在Rin+RL>0下可以起振,并可以维持(同下面第三点的点评)。
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现理论:2. 如果回路电阻Rin+RL<0,“振荡将不稳定,其幅度将增长”;
实验: 幅度在Rin+RL >0下也可以增长。
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现理论:3. “当回路电阻为0时,(回路)电流幅度将达到稳态”。
实验: 现理论意味着,在稳态时,Rin由负向正变,达到Rin+RL=0。实验显示,在Rin+RL>0起振条件下,Rin向正变,使得稳态时是Rin+RL>0,即Rin+RL =0条件不成立。
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另外,图1的模型对负阻的理解也是不对的,Rin是不提供信号电流的。在202楼对此有说明。
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