
负跨导振荡器(Negative Transconductance Oscillator)是一种利用有源器件(如晶体管)的负跨导特性来产生持续振荡的电子电路。其核心原理是通过器件的负电阻效应补偿谐振回路中的能量损耗,从而维持稳定的振荡输出。以下是详细解释:
负跨导 (Negative Transconductance)
跨导((g_m))定义为输出电流变化量与输入电压变化量之比((gm = frac{partial I{out}}{partial V{in}}))。当器件(如隧道二极管、某些偏置下的晶体管)呈现负跨导时,其小信号等效电阻为负值((R{neg} = -frac{1}{g_m})),可向谐振回路注入能量,抵消正电阻损耗。
振荡条件
根据巴克豪森准则,振荡需满足:
负跨导器件通过提供增益和补偿损耗满足上述条件。
负阻机制
以交叉耦合对(Cross-Coupled Pair) 为例(常见于LC振荡器):
$$ Z_{in} = -frac{2}{g_m} $$ 此负阻抗与LC谐振回路并联,抵消电感的寄生电阻损耗。
典型拓扑
射频集成电路(RFIC)
广泛用于压控振荡器(VCO),为无线通信系统(如Wi-Fi、蓝牙)提供本振信号。其优势包括:
高速时钟生成
在CPU、高速串行接口中提供低抖动的时钟源。
Razavi, B. Design of Analog CMOS Integrated Circuits (McGraw-Hill, 2017)
第8章详细分析交叉耦合LC振荡器的负跨导原理与相位噪声模型。
来源:McGraw-Hill Education(需访问出版社官网检索ISBN 978-0072524932)
Lee, T. H. The Design of CMOS Radio-Frequency Integrated Circuits (Cambridge University Press, 2004)
第13章讨论负跨导振荡器的拓扑优化与频率调谐技术。
来源:Cambridge University Press(检索ISBN 978-0521835398)
IEEE论文
来源:IEEE Xplore Digital Library(DOI: 10.1109/4.748999)
中文术语 | 英文术语 |
---|---|
负跨导 | Negative Transconductance |
振荡器 | Oscillator |
交叉耦合对 | Cross-Coupled Pair |
压控振荡器 | Voltage-Controlled Oscillator (VCO) |
相位噪声 | Phase Noise |
谐振回路 | Resonant Tank Circuit |
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负跨导振荡器(Negative Transconductance Oscillator)
是一种利用电路元件的负跨导特性来产生持续振荡信号的电子振荡器。其核心原理是通过负跨导抵消电路中的损耗,形成自激振荡。
关键概念解析:
跨导(Transconductance, ( g_m )
定义为输入电压变化引起的输出电流变化率,公式为:
$$
gm = frac{partial I{out}}{partial V_{in}}
$$
负跨导表示输入电压增加时,输出电流反而减小(( g_m < 0 ))。
振荡条件
需满足巴克豪森准则:
典型实现
常见于高频电路,例如:
应用场景
多用于射频(RF)电路、微波通信系统等高频领域,因其结构简单、频率稳定性较高。
注:若需具体电路分析或设计参数,建议补充器件型号或应用场景以便进一步探讨。
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