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上海歐戟貿易有限公司

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

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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成振蕩器時，噪聲將對振蕩器信號進行調制而形成白噪聲調相、白噪聲調頻和閃變噪聲調相、閃變噪聲調頻等噪聲模式。

　　根據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因數(Q)值密切相關，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構所決定。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值是低相噪晶振設計的關鍵。

　　常用的晶體振蕩電路主要有并聯反饋型振蕩電路和串聯反饋型振蕩電路。并聯振蕩電路中，晶體諧振器工作在串、并聯諧振頻率之問，晶體呈感性;常用的并聯振蕩電路包括皮爾斯電路和考畢茲電路。串聯振蕩電路是將晶體串聯在正反饋電路中，晶體諧振器工作在串聯諧振頻率，晶體呈純阻性。常用的串聯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;而在巴特勒串聯振蕩電路中，晶體諧振器串接在發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勢。同時，采用并聯振蕩電路還需要加入晶體諧振器的B模抑制網絡，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振蕩電路能達到比并聯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

　　電路拓撲結構確定后，在參數設計上，需進行充分的仿真驗證。對晶體振蕩器設計的仿真，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構的選擇，從而對晶體振蕩器的設計進行仿真分析，并對電路參數進行優化。

　　依據理論分析，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振蕩電路。在巴特勒電路中晶體串接在主振放大器的發射極，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果。

　　圖2 相位噪聲仿真結果

　　結合工程設計經驗，我們對巴特勒電路結構進行改進，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。