具有自動(dòng)增益控制的射頻振蕩器穩(wěn)定性分析

摘要：設(shè)計(jì)了一個(gè)具有自動(dòng)增益控制(AGC)的電路來穩(wěn)定射頻功率振蕩器的輸出幅度，然而在加入AGC負(fù)反饋環(huán)路之后，該環(huán)路可能會(huì)產(chǎn)生自激振蕩，使得振蕩器輸出的幅度更加不穩(wěn)定。通過對(duì)整個(gè)電路系統(tǒng)傳遞函數(shù)的分析，采用調(diào)節(jié)反饋電路中三極管發(fā)射極電阻阻值的方法，使該電路工作在穩(wěn)定的狀態(tài)，進(jìn)而達(dá)到穩(wěn)定振蕩器輸出幅度的目的。
關(guān)鍵詞：振蕩器；射頻；自動(dòng)增益控制；傳遞函數(shù)；穩(wěn)定性

穩(wěn)定的振蕩幅度是振蕩器應(yīng)用的非常關(guān)鍵的指標(biāo)，幅度穩(wěn)定技術(shù)往往都是高性能振蕩器需要采用的技術(shù)，該技術(shù)在電子對(duì)抗、雷達(dá)、制導(dǎo)、衛(wèi)星跟蹤、宇宙通信及時(shí)間與頻率計(jì)量等領(lǐng)域中的應(yīng)用尤其重要。目前國內(nèi)外已有一些相關(guān)的技術(shù)用于實(shí)現(xiàn)振蕩幅度的自動(dòng)控制，一般所采用的方法是：通過比較器鑒別振蕩幅度超過一定值的點(diǎn)并通過運(yùn)算放大器等電路處理將超過的量轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)來調(diào)整振蕩幅度，或者是采用模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)來跟蹤振蕩輸出信號(hào)幅度的大小并生成對(duì)應(yīng)模擬量控制振蕩器偏流來調(diào)節(jié)輸出幅度。這些方法的基本思想都是通過一個(gè)負(fù)反饋電路，將振蕩器的輸出幅度信息轉(zhuǎn)變?yōu)榕c振蕩幅度成比例的控制量，來控制振蕩器的輸出幅度，然而加入負(fù)反饋電路之后，反饋環(huán)路很可能發(fā)生自激振蕩，從而影響輸出幅度，使得振蕩器輸出的幅度更加不穩(wěn)定，無法達(dá)到穩(wěn)定幅度的目的。這就要求對(duì)整個(gè)電路系統(tǒng)做穩(wěn)定性分析。
本文設(shè)計(jì)了一個(gè)具有自動(dòng)增益控制的電路來穩(wěn)定射頻功率振蕩器的輸出幅度，通過對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)電路的傳遞函數(shù)分析，來避免反饋環(huán)路產(chǎn)生振蕩，使整個(gè)電路工作在穩(wěn)定的狀態(tài)。

1 主體電路的設(shè)計(jì)
系統(tǒng)原理框圖如圖1所示，AGC環(huán)路由峰值檢測器，低通濾波器，比較器以及控制信號(hào)產(chǎn)生器組成。振蕩器的輸出幅度被峰值檢測器檢測出后經(jīng)過低通濾波與參考電平進(jìn)行比較后產(chǎn)生控制信號(hào)，通過控制振蕩器中功率MOSFET的柵源電壓來使得輸出的幅度穩(wěn)定。

設(shè)計(jì)了一個(gè)頻率為13．56 MHz，輸出功率為100 W，諧振阻抗50 Ω，品質(zhì)因數(shù)Q=5的具有穩(wěn)幅功能的射頻功率振蕩器，圖2為詳細(xì)的電路設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)采用克拉潑(Clapp)振蕩器結(jié)構(gòu)，功率MOSFET選取ARF461A，通過對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置，使振蕩器的工作狀態(tài)由起振時(shí)的AB類狀態(tài)滑到穩(wěn)定時(shí)的C類放大狀態(tài)。輸出的信號(hào)通過C8，C9分壓，送入LTC5507進(jìn)行峰值檢測，檢測后的峰值信號(hào)經(jīng)運(yùn)放LM324與參考電壓進(jìn)行比較后產(chǎn)生控制電壓，控制電壓經(jīng)過放大后通過對(duì)三極管的控制，來調(diào)整振蕩幅度的變化。振蕩器幅度增大時(shí)，G點(diǎn)電壓將會(huì)下降，ARF461A的柵源電壓將會(huì)降低，進(jìn)而調(diào)整輸出幅度，使其輸出減小。同理，當(dāng)幅度減小時(shí)，ARF461A的柵源電壓會(huì)升高，輸出幅度將會(huì)增加。

2 系統(tǒng)穩(wěn)定性分析
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示，A1為控制電壓與漏極電流基波分量之間的傳遞函數(shù)，G1(s)為漏極電流基波分量與輸出幅度的傳遞函數(shù)，A2為分壓系數(shù)等于1／50，G2(s)為峰值檢測電路的傳遞函數(shù)，A3為運(yùn)放的放大倍數(shù)等于6。