问答题 举例说明如何利用图解法分析负阻型微波振荡器的稳定条件。
【正确答案】正确答案:在复阻抗平面上分别画出负阻抗值Z d (ω,I)和电路的阻抗轨迹Z L (ω)的轨迹。它们的交点必须满足式Z d (ω,I)+Z L (ω)=0,该交点就是负阻振荡器的工作点。图中Z L (ω)曲线的箭头方向表示频率增加的方向,曲线上的点为频率刻度;Z d (ω,I)曲线上的箭头方向表示电流振幅增加的方向,曲线上的点是电流振幅刻度。Z L (ω)曲线和Z d (ω,I)曲线的交点即为振荡器工作点的振荡频率ω 0 和电流振幅I 0 ,这种确定负阻振荡器工作点的方法称为图解法。 当振荡器处于某个工作点时,若由于一些原因,使振荡器产生一个小变化量,偏离工作点,这时可能出现两种情况:一种情况是如果引起振荡幅度变化的原因一旦消失,振荡器又恢复到原来工作状态,这样的工作点称为稳定工作点;另一种情况是如果引起振荡幅度变化的原因一旦消失,但振荡器仍然不能回到原来的状态,不是停振就是工作在另一种工作状态,这种工作点称为不稳定工作点。显然,振荡器只能设计在稳定工作点工作。因此,当负载阻抗比较复杂时,为了设计需要,我们必须判别这些工作点的稳定性。 假设振荡器振荡电流振幅偏离稳定值I 0 一个增量δ 1 ,与其对时间变化率dδ 1 /dt为异号时,则可证明振荡器的稳定条件是: R d0 ,I 0 )[SX’ L0 )一rR L0 )]>0 (1) 其中 S为器件负阻的饱和系数; r为器件电抗的饱和系数。 不难看出,由式(1)来判断振荡器的稳定条件是很麻烦的。下面介绍一种由式(1)导出的图解判别条件,应用方便而灵活。 假设器件阻抗和电路阻抗的轨迹线,如图(b)所示。过工作点(ω 0 ,I 0 )作水平线,令水平轴负方向与器件阻抗曲线在I 0 切线的夹角为θ,与电路阻抗曲线在ω 0 切线的夹角为 ,由振荡器稳定判别条件可证明,在稳定工作点处下式一定成立由此可知,图(c)中,P 1 、P 2 两点均有器件阻抗和电路阻抗,切线夹角小于180°,都是稳定工作点,而P 3 为不稳定工作点。
【答案解析】