负阻与负阻晶体振荡器

负阻特性

Negative resistance，负阻，负阻抗，负性阻抗，负阻特性，说的是同一个东西。

负阻特性是指在某些电子电路中，电路元件对电流的阻碍作用表现为负值，即电流增加时电压降低，或者电压增加时电流减少。r = dV / dI是负的。如下图：

这里要注意，负阻不是一种器件，只是描述一种IV特性，和普通电阻相反的IV特性，是一种电路特性概念，人为定义的。实际上没有在所有工作范围内都是负阻特性的“负阻器件”，但有少数隧道二极管和有源电路在某些工况下具有负阻特性。负阻一般随电压电流工况是持续变化的。

负阻“器件”的电路形式

具有负阻特性的少数器件有隧道二极管，真空管，气体放电管，在一个特殊的工作范围内具有负阻特性。这种被动件的负阻特性区域一般都很窄，不便设计。

除了上述被动件，以运放为关键器件搭建的有源负阻电路应用更广泛，例如负阻变换器Negative Impedance Converter。一般具有正反馈的运放电路具有负阻特性。如下图的运放复阻抗电路，同相放大Vout=2Vin，由于Z的存在，Iin=（Vin-Vout）/Z=-Vin/Z，Zin=-Z，是不是很神奇！

负阻晶体振荡器原理

上面提到负阻是一种电压增加电流减少，电压减小电流增加的特性。这种特性非常适合晶体振荡：晶体振得猛了（电压变大），那激励就减小点（电流变小）；振得不够要萎了（电压变小），那激励就加大点（电流变大）。负阻晶体振荡器大白话的原理大概就是这样。

下面我们看看负阻晶体振荡器模型：

负阻电路一般由放大器有源电路组成，也就是下图中绿色框，其在等效模型中就是负阻-R。

晶体等效模型是感性虚部+等效实部。

负载电容构成容性虚部。

在一个稳定振荡的状态时，整个回路应该是没有能量损耗，此时Re+-R=0，振荡电路起到的作用其实就是补充晶体Re的电能损耗；感性虚部和容性虚部大小相等相位相反（Le=Cl）。在振荡不稳定阶段时又是怎样？起振时，-R>Re，振荡会趋于变强；停振时，-R<Re，振荡趋于变弱。

在振荡的不同阶段，负阻-R的大小是不同的，我们经常说的负阻大小其实是指负阻振荡器电路能达到的最大负阻值，也是描述发振的最大能力。只有这个值远远大于>>Re，才能保证起振和晶体衰减老化损耗变大后还能维持振荡。

负阻晶体振荡器电路负阻测量计算

一般负阻振荡电路要求-R为晶振的等效串联电阻ESR的5倍以上。

-R需要实测和计算：

实测：与晶振串联连接上纯电阻 Rx，缓慢地使 Rx 值逐渐变大 , 测得停止振荡时 的电阻即为Rx。

计算：

|-R|=Rx+Re =Rx+ Resr (1 + C0/CL ) ²，Re指振荡时的有效电阻值。

晶体振荡电路需要实测和计算，确保复阻的合理-R>5Resr。

实际晶体振荡器电路设计问题

单片机的外部晶振电路一般是负阻晶体振荡电路，功耗低，设计简单。

实际晶体若负阻不满足应该怎么办？

• 降Rd
• 换C0/CL更大的晶体；
• 换ESR更小的晶体；
• 
  

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