实验十振荡器设计一、预习内容1、高频电子线路中有关振荡器的基本概念和原理。2、振荡器的起振条件、稳定条件及平衡条件。3、利用MicrowaveOffice进行射频电路设计的方法和技巧。二、实验目的及要求1、理解振荡器的起振条件、稳定条件和平衡条件。2、掌握利用MicrowaveOffice进行振荡电路设计的方法。3、学会测量负阻电路的电压-电流负载线以及振荡器的输出频谱。三、实验环境1、PC机2、MicrowaveOffice软件四、实验原理1、振荡器的基本原理振荡器是一种能够自动将直流电源能量转换为一定波形的交变振荡信号能量的转换装置。它与放大器的区别在于，无需外加激励信号，就能产生具有一定频率、一定波形和一定振幅的交流信号。根据所产生的波形的不同，可将振荡器分为正弦波振荡器和非正弦振荡器两大类，正弦波振荡器的主要性能指标是频率稳定度。2、反馈振荡原理在反馈振荡器中，LC并联谐振回路是最基本的选频网络，振荡电路由放大器和反馈网络组成，放大器具有选频特性,所以用谐振放大器，反馈网络是线性元件组成的线性网络，这个闭环网络相位必须满足正反馈，才能产生振荡。反馈振荡电路原理图如图1所示。图1、反馈振荡原理图相关参量为：开环增益k(jω)=Uo(jω)/Ui(jω)，反馈系数F(jω)=Uf(jω)/Uo(jω)闭环增益ku(jω)=Uo(jω)/Us(jω)=Uo(jω)/[Ui(jω)-Uf(jω)]=Uo(jω)/[Ui(jω)-F(jω)Uo(jω)]=k(jω)/[1-k(jω)F(jω)]环路增益T(jω)=k(jω)F(jω)=Uf(jω)/Ui(jω)=∣T(jω)∣ejφT(1)当T(jω)=1,φT=0,ku(jω)→∞，产生自激振荡，Us=0,Ui=Uf为等幅振荡；(2)当|T(jω)|>1，|Uf|>|Ui|，为增幅振荡；(3)当|T(jω)|<1,，|Uf|<|Ui|，为减幅振荡；3、起振、平衡及稳定条件①起振条件：T(jω)>1，|T(jω)|>1，φk+φf=2nπ，0②平衡条件：T(jω)=1|T(jω)|=|KF|=1φT=φk+φf=2nπ，0，即与大小相等，相位相同。平衡时满足：(1)电源的能量抵消了振荡器损耗的能量，所以输出幅度不变，振幅平衡条件决定了输出振幅的大小，(2)满足相位平衡条件时的频率只有一个为振荡频率，一般在回路谐振频率附近，通过解=0得到。③稳定条件：1、振幅稳定条件：∂T/∂Ui|B<0或∂K/∂Ui|B<0。2、相位稳定条件：∂φL/∂ω|ω1<0，并且曲线斜率越陡，相位稳定性越好，并联谐振回路的相位具有此特性，所以能稳定相位。五、实验内容及步骤1、实验内容(a)通过测量元件特性，选择振荡器晶体管元件。(b)设计负阻电路、谐振电路，从而建立振荡器电路。(c)测量负阻电路的电压-电流负载线以及振荡器的输出频谱。2、实验步骤(1)测量元件特性创建一个新的工程，命名为Ex8Oscillator。创建新电路原理图，命名为DeviceIVCurveMeasurement，元件I40220的目录为Library\Nonlinear\IMA-81\Gbjt。添加测量图，命名为DeviceDynamicIV，测量项目为IVCurve（电流-电压曲线），测量原理图如图所示，管子特性曲线此处略。图1、测量管子特性原理图(2)创建负阻电路设置工作频率范围：2.7～3.1GHz，步长为0.01GHz。创建一个电路图，命名为NegResistance,如图2所示。创建一个全局等式：在Proj浏览页，双击GlobalDefinitions项，弹出新窗口，由主菜单选Add\Equation，添加全局等式“power=-60”。添加圆图，测量项为LSSnm[Port-1，1，1，1]，数据源为电路图“NegResistance”，仿真分析结果此处略。注意：将圆图属性的Grid标签页的Size项由Normal改为Compressed。图2、负阻电路(3)创建谐振电路创建一个电路图，命名为Resonator，如图3所示。注意：图中左侧为文本，不是等式。由主菜单选择Schematic\AddText，依次添加。添加圆图，命名为ResonatorMeasurement，测量项为S11，结果此处略。图3谐振电路(4)创建振荡器电路创建新的电路图，命名为Oscillator，如图4所示，用于测量负阻与谐振器之间的环路增益。注意：在OSCTEST元件属性的Parameters标签项，先点击ShowSecondary按钮，再将FC参数值设为3.2GHz。添加极化图，命名为LoopResponse，测量项为LSSnm