实验九：压控振荡器Voltage-Controlled Oscillator）--.doc

实验九:压控振荡器(Voltage-Controlled Oscillator)**
一、实验目的:
。
。
,并分析结果。
二、预习内容:
熟悉VCO的原理的理论知识。
熟悉VCO的设计的有关的理论知识。
三、实验设备:

项次
设备名称
数量
备注
1
MOTECH RF2000 测量仪
1套
亦可用网络分析仪
2
压控振荡器模组
1组
RF2KM9-1A
3
50Ω BNC及1MΩ BNC 连接线
4条
CA-1、CA-2 、CA-3、CA-4
4
直流电源连接线
1条
DC-1
5
MICROWAVE软件
1套
微波软件
理论分析:
变容二极管理论分析:
一个射频压控振荡器电路大致上与振荡器相同,唯有谐振电路稍有不同。设计上是利用变容二极管(Varator)的电特性来完成利用电压控制振荡器输出频率的设计要求。振荡器的基本理论与设计方法已于实验八陈述,故本实验仅就变容二极管的电特性与振荡器谐振电路的不同之处加以说明。
(一)变容二极管(Varator)的电特性
常见的变容二极管可分成三类:线性缓变结(Graded Junction)、突变结(Abrupt Junction)、超突变结(Hyper Abrupt Junction)。其间的主要差异在于个别的N型(N-type)中杂质(Donor)浓度分布曲线不同而造成其电容指数值(Characteristic Exponent,r)的不同,导致其容值-电压对数曲线图(C-V Curve)的差异。其中线性缓变结的变容二极管以其电容变率较小而最不常被采用;而突变结具有相当高的Q值,得使VCO具有较低的相位噪声(Phase Noise)特性,且其调整电压(Tuning Voltage)的范围也比较宽,大约在0~60V之间。
至于超突变结以其较线性的电压-电容特性,可以提供比突变结更佳的调整电压线性度,故此类型的变容二极管是宽频段VCO的最佳选择。一般应用上,可以使VCO的输出频率在变化一倍频的情况下,其调整电压变化范围可以控制在20V以下。然而,因为此类型变容二极管的Q值较突变结为低,所以使得应用此类型变容二极管设计的VCO的相位噪声特性较突变结的高些。一般对相同输出频率的振荡器而言,在与振荡频率相差一固定频率(Offset Frequecy)下的相位噪声越低者则其频谱纯度(Oscillation Purity)亦越佳。
由图9-1即可以清楚了解这三类变容二极管的特性差异。而图9-2则是变容二极管的符号与等效电路。一般而言,其Q值皆甚大(千级以上)。
Abrupt Junction ( r =1/2 )
Graded Junction ( r =1/3 )
ln C
ln VR
Hyper Abrupt Junction ( r = 1~5)
图9-1 容值-反逆电压对数曲线图

+ VR -

图9-2 变容二极管的电路符号
图9-2 变容二极管的等效电路

图9-2 变容二极管的简化等效电路
变容二极管电容值与偏压的关系式,如(式