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上海歐戟貿(mào)易有限公司

歐戟控制設(shè)備（上海）有限公司是歐美備件服務供應商。專注于進口機電設(shè)備、儀器儀表等進口設(shè)備。

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在晶體振蕩電路中，三極管、二極管和電阻、電容、電感等元件都存在噪聲，其中以產(chǎn)生振蕩信號的三極管噪聲影響最大;而電感、電容等元件，在噪聲分析中，可近似為無噪聲元件口。在放大器上加正反饋元件構(gòu)成振蕩器時，噪聲將對振蕩器信號進行調(diào)制而形成白噪聲調(diào)相、白噪聲調(diào)頻和閃變噪聲調(diào)相、閃變噪聲調(diào)頻等噪聲模式。

　　根據(jù)LESSON模型分析，晶體振蕩器的相位噪聲與晶體振蕩電路的有載品質(zhì)因數(shù)(Q)值密切相關(guān)，有載Q值越高，相位噪聲惡化的程度越低。因此在低相噪晶振設(shè)計中，通常圍繞如何提高有載Q值開展研究。晶體振蕩電路的有載Q值主要由振蕩電路中晶體諧振器自身Q值以及所采用的振蕩電路拓撲結(jié)構(gòu)所決定。晶體諧振器自身的Q值受限于晶體制作工藝，不可能無限制提升，因此如何進一步提升晶體諧振器在振蕩電路中的有載Q值是低相噪晶振設(shè)計的關(guān)鍵。

　　常用的晶體振蕩電路主要有并聯(lián)反饋型振蕩電路和串聯(lián)反饋型振蕩電路。并聯(lián)振蕩電路中，晶體諧振器工作在串、并聯(lián)諧振頻率之問，晶體呈感性;常用的并聯(lián)振蕩電路包括皮爾斯電路和考畢茲電路。串聯(lián)振蕩電路是將晶體串聯(lián)在正反饋電路中，晶體諧振器工作在串聯(lián)諧振頻率，晶體呈純阻性。常用的串聯(lián)振蕩電路通常為巴特勒電路。

　　要提高晶體諧振器在電路的有載Q值，必須選取有載Q值匹配相對較好的振蕩電路形式。晶體的有載Q值為：

　　式中：L為晶體等效電感;R為晶體等效電阻;R為晶體負載電阻。

　　由于電路中的電阻損耗，電路中晶體諧振器有載Q值通常比晶體諧振器自身絕對Q值小。為使Q值損耗最小，應盡量使晶體的R最小，以便整個電路的Q值不會因負載電阻而顯著惡化。在皮爾斯電路和考畢茲電路等并聯(lián)振蕩電路中，晶體分別接在三極管的集電極和基極，等效負載相對較大;而在巴特勒串聯(lián)振蕩電路中，晶體諧振器串接在發(fā)射極來提供高頻負反饋，等效負載電阻小，有載Q值相對于前兩種電路有一定優(yōu)勢。同時，采用并聯(lián)振蕩電路還需要加入晶體諧振器的B模抑制網(wǎng)絡(luò)，會進一步降低晶體諧振器Q值。因此，理論上高頻振蕩器采用串聯(lián)振蕩電路能達到比并聯(lián)振蕩電路更低的噪聲，在電路中具有良好的有載Q值。

　　2.仿真分析

　　電路拓撲結(jié)構(gòu)確定后，在參數(shù)設(shè)計上，需進行充分的仿真驗證。對晶體振蕩器設(shè)計的仿真，重點要解決晶體諧振器和晶體管的建模問題，其次就是對振蕩電路結(jié)構(gòu)的選擇，從而對晶體振蕩器的設(shè)計進行仿真分析，并對電路參數(shù)進行優(yōu)化。

　　依據(jù)理論分析，為保證低相位噪聲水平，振蕩電路選擇了有載Q值良好的巴特勒串聯(lián)振蕩電路。在巴特勒電路中晶體串接在主振放大器的發(fā)射極，它提供高頻負反饋，而接在電路輸出端的電容分壓器提供正反饋。晶體諧振器在振蕩電路中工作在自身的串聯(lián)諧振頻率上，起到對諧振頻率進行高(選頻的作用)。巴特勒振蕩電路的交流等效圖如圖1所示。

　　圖1 等效電路圖

　　采用段，對上述振蕩電路進行仿真分析。圖2為采用諧波平衡仿真分析得到的相噪仿真結(jié)果。

　　圖2 相位噪聲仿真結(jié)果

　　結(jié)合工程設(shè)計經(jīng)驗，我們對巴特勒電路結(jié)構(gòu)進行改進，將振蕩信號直接從石英諧振器引出，這樣可以充分利用晶體諧振器的高Q值選頻特性。改進后的巴特勒振蕩電路交流等效圖如圖3所示。