山东大学：《高频电子线路》课程教学资源（PPT课件讲稿）第三章 正弦波振荡器（3.7）负阻振荡器

3.7负阻振荡器 负阻振荡器:利用负阻器件抵消回路中的正阻损耗, 产生自激振荡的振荡器。由于负阻器件与回路仅有两端 连接,故负阻振荡器又称为“二端振荡器”。 3.7.1负阻器件的基本特性 户科学与工学 、负阻的概念 常见的电阻,不论线性电阻还是非线性电阻,都属 于正电阻。其特征是流过电阻电流越大,其电阻两端的 电压降也越大,消耗功率也越大,如图37.1(a)所示 三者的关系为 P=△△V这里△=△.R 3.71

3.7※ 负阻振荡器 负阻振荡器：利用负阻器件抵消回路中的正阻损耗， 产生自激振荡的振荡器。由于负阻器件与回路仅有两端 连接，故负阻振荡器又称为“二端振荡器”。 3.7.1 负阻器件的基本特性 一、负阻的概念 常见的电阻，不论线性电阻还是非线性电阻，都属 于正电阻。其特征是流过电阻电流越大，其电阻两端的 电压降也越大，消耗功率也越大，如图3.7.1（a）所示。 三者的关系为 P I V =   这里  =   V I R 3.7.1

A,△ A B△LR b 图3.7.1电阻器件的伏安特性 (a)正电阻器件(b)电压控制型负阻器件(c)电流控制型负阻器件 负电阻是流过其间的电流越大,电阻两端电压越小 大故电流,电压增量的方向相反,两者的乘积为负值,如图 3.7.1(b)、(c)所示 △F=-△·R 3.71

图3.7.1 电阻器件的伏安特性 （a）正电阻器件 （b）电压控制型负阻器件 (c) 电流控制型负阻器件 负电阻是流过其间的电流越大，电阻两端电压越小， 故电流、电压增量的方向相反，两者的乘积为负值，如图 3.7.1（b）、(c)所示：  = −  V I R 3.7.1

正功率表示能量的消耗,负功率表示能 量的产生,即负阻器件在一定条件下,不但 不消耗交流能量,反而向外部电路提供交流 能量,当然该交流能量并不存在于负阻器件 内部,而是利用其能量变换特性,从保证电 大路工作的直流能量中取得。所以负阻振荡器 同样是一个能量变换器

正功率表示能量的消耗，负功率表示能 量的产生，即负阻器件在一定条件下，不但 不消耗交流能量，反而向外部电路提供交流 能量，当然该交流能量并不存在于负阻器件 内部，而是利用其能量变换特性，从保证电 路工作的直流能量中取得。所以负阻振荡器 同样是一个能量变换器

负阻器件有两种类型: 1、电压控制型器件 (图37.1(b)),也称为 扩 N型负阻器件,其电流为电 压的单值函数,具有这种特 性的器件有隧道二极管、共 b 发射极组态的某种点接触三 图3.7.1(b)电压 极管和真空四极管等。 控制型器件 3.71

1、电压控制型器件 （图3.7.1（b）），也称为 N型负阻器件，其电流为电 压的单值函数，具有这种特 性的器件有隧道二极管、共 发射极组态的某种点接触三 极管和真空四极管等。 3.7.1 负阻器件有两种类型： 图3.7.1 （b）电压 控制型器件

2、电流控制型器件 (图3.7.1(c)),也称为S 型负阻器件,其电压为电 eeendnnn B△UR 流的单值函数,属于这一 类的器件有单晶体管、硅 户科学与工学 可控整流器和弧光放电管 图37.1(c)电流控制型器件 等。 从两种负阻器件的伏安特性可以看出,在它们各自 的AB段,电流、电压均呈负斜率的关系

2、电流控制型器件 （图3.7.1 (c)），也称为S 型负阻器件，其电压为电 流的单值函数，属于这一 类的器件有单晶体管、硅 可控整流器和弧光放电管 等。 从两种负阻器件的伏安特性可以看出，在它们各自 的 AB段，电流、电压均呈负斜率的关系。 图3.7.1 (c) 电流控制型器件

负阻器件的特性 A扩 以隧道二极管为例: 在图37.2所示的伏安特 性曲线中,若将静态工作点设4 置在伏安特性的负斜率区,则 直流电阻R。 R 图3.7.2隧道二极管特性 户科学与工学 △V-V 微变(增量)电阻:r △ 可见,尽管器件的微变电阻是负值,但其直流电阻 仍是正值,这说明负阻器件起着从直流电源中获取能量 并将其转换成交变能量的作用。显然,负阻器件是指它 的微变(增量)电阻为负值的器件。 3.71

以隧道二极管为例: 在图3.7.2所示的伏安特 性曲线中，若将静态工作点设 置在伏安特性的负斜率区，则 直流电阻 R 。 o o V R I = 微变（增量）电阻: 2 1 2 1 V V V r I I I  − = = −  − 可见，尽管器件的微变电阻是负值，但其直流电阻 仍是正值，这说明负阻器件起着从直流电源中获取能量 并将其转换成交变能量的作用。显然，负阻器件是指它 的微变（增量）电阻为负值的器件。 3.7.1 图3.7.2 隧道二极管特性 二、负阻器件的特性

当在Q点加上 微弱的正弦电压 (如图37.3所示 U= y sin ot时,则 D=V+u=v+y sin ot 户科学与工学 在忽略失真的情况下 通过管子的电流为 图3.7.3隧道二极管特性 i=0+i=lo-Im sin at 其中,是增量电流,其值为 Ggu=(gn)m sin @t=-Im sin at 3.71

当在 Q 点加上 微弱的正弦电压 （如图3.7.3所示） sin   i m =V t 时，则 sin    = + = + V V V t Q i Q m 3.7.1 图3.7.3 隧道二极管特性 在忽略失真的情况下， 通过管子的电流为 sin Q i Q m i I i I I t = + = −  其中， i i 是增量电流，其值为 ( ) ( ) sin sin i i n i n m m i g g V t I t r  = = − = − = −   

式中,1m=1=8Vm,-8n=是隧道二极管在静态工作点 上的微变(增量)电导,其值为负(8为正值)。因此, 加到器件上的平均功率为 70 U·t= (o+lm sin at)(o-Im sin ot )dt 2 式中,表示直流电源供给器件的平均功率; 表示器件给出的交流功率 3.71

式中， m m n m V I g V r = = ， 1 n g r − = 是隧道二极管在静态工作点 上的微变（增量）电导，其值为负（ n g 为正值）。因此， 加到器件上的平均功率为 0 0 1 1 ( sin ) ( sin ) T T P i dt V V t I I t dt Q m Q m T T =   = +  −      2 2 2 m m m n Q Q Q Q V I V g = − = − V I V I 式中， V I Q Q 表示直流电源供给器件的平均功率； 2 2 V g m n − 表示器件给出的交流功率 。 3.7.1

由于m0 因此,负阻器件本身总是消耗功率的,它所以能够 通过负电导给出交流功率,是由于它具有将直流功率的 部分转换为交流功率的作用。 “由图373知,当器件在小信号工作时n为定值 当器件在大信号工作时,通过器件的电流浪形是非 正弦的,如图374(a)所示

由于 V V m Q  ， m Q I I  ，则 P  0 因此，负阻器件本身总是消耗功率的，它所以能够 通过负电导给出交流功率，是由于它具有将直流功率的 一部分转换为交流功率的作用。 由图3.7.3知，当器件在小信号工作时， n g 为定值。 当器件在大信号工作时，通过器件的电流波形是非 正弦的，如图3.7.4（a）所示

x(av) 在这种情况下 为了表示器件的负 阻特性,引入参数 8n(av) 山称为平均负增量电导 图3.7.4隧道二极管工作在大信号时的特性 8mam)的定义: (a)电流波形(b)平均电导特性 1中基浪电流振幅与外加正弦电压振幅的比值。 犬可见,当静态工作点一定时,随着输入电压的增大 电流正、负半周的顶部出现凹陷,并且不断加深, 因此,基波电流分量的增长逐步趋缓,结果使8nωm) 减小,如图374(b)所示 3.71

图3.7.4 隧道二极管工作在大信号时的特性 （a） 电流波形 （b） 平均电导特性 3.7.1 在这种情况下， 为了表示器件的负 阻特性，引入参数 （ ) n av ( ) −g 称为平均负增量电导。 n av ( ) g 的定义： i 中基波电流振幅与外加正弦电压振幅的比值。 可见，当静态工作点一定时，随着输入电压的增大， 电流正、负半周的顶部出现凹陷，并且不断加深， 因此，基波电流分量的增长逐步趋缓，结果使 n av ( ) g 减小，如图3.7.4（b）所示