具有自動(dòng)增益控制的射頻振蕩器穩定性分析

摘要：設計了一個(gè)具有自動(dòng)增益控制(AGC)的電路來(lái)穩定射頻功率振蕩器的輸出幅度，然而在加入AGC負反饋環(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定。通過(guò)對整個(gè)電路系統傳遞函數的分析，采用調節反饋電路中三極管發(fā)射極電阻阻值的方法，使該電路工作在穩定的狀態(tài)，進(jìn)而達到穩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；穩定性

穩定的振蕩幅度是振蕩器應用的非常關(guān)鍵的指標，幅度穩定技術(shù)往往都是高性能振蕩器需要采用的技術(shù)，該技術(shù)在電子對抗、雷達、制導、衛星跟蹤、宇宙通信及時(shí)間與頻率計量等領(lǐng)域中的應用尤其重要。目前國內外已有一些相關(guān)的技術(shù)用于實(shí)現振蕩幅度的自動(dòng)控制，一般所采用的方法是：通過(guò)比較器鑒別振蕩幅度超過(guò)一定值的點(diǎn)并通過(guò)運算放大器等電路處理將超過(guò)的量轉化為對應的控制信號來(lái)調整振蕩幅度，或者是采用模數轉換器(ADC)和數模轉換器(DAC)來(lái)跟蹤振蕩輸出信號幅度的大小并生成對應模擬量控制振蕩器偏流來(lái)調節輸出幅度。這些方法的基本思想都是通過(guò)一個(gè)負反饋電路，將振蕩器的輸出幅度信息轉變?yōu)榕c振蕩幅度成比例的控制量，來(lái)控制振蕩器的輸出幅度，然而加入負反饋電路之后，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定，無(wú)法達到穩定幅度的目的。這就要求對整個(gè)電路系統做穩定性分析。
本文設計了一個(gè)具有自動(dòng)增益控制的電路來(lái)穩定射頻功率振蕩器的輸出幅度，通過(guò)對整個(gè)設計電路的傳遞函數分析，來(lái)避免反饋環(huán)路產(chǎn)生振蕩，使整個(gè)電路工作在穩定的狀態(tài)。

1 主體電路的設計
系統原理框圖如圖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(guò)低通濾波與參考電平進(jìn)行比較后產(chǎn)生控制信號，通過(guò)控制振蕩器中功率MOSFET的柵源電壓來(lái)使得輸出的幅度穩定。

設計了一個(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Q=5的具有穩幅功能的射頻功率振蕩器，圖2為詳細的電路設計，本設計采用克拉潑(Clapp)振蕩器結構，功率MOSFET選取ARF461A，通過(guò)對靜態(tài)工作點(diǎn)的設置，使振蕩器的工作狀態(tài)由起振時(shí)的AB類(lèi)狀態(tài)滑到穩定時(shí)的C類(lèi)放大狀態(tài)。輸出的信號通過(guò)C8，C9分壓，送入LTC5507進(jìn)行峰值檢測，檢測后的峰值信號經(jīng)運放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(guò)放大后通過(guò)對三極管的控制，來(lái)調整振蕩幅度的變化。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)而調整輸出幅度，使其輸出減小。同理，當幅度減小時(shí)，ARF461A的柵源電壓會(huì )升高，輸出幅度將會(huì )增加。

2 系統穩定性分析
系統結構圖如圖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，G1(s)為漏極電流基波分量與輸出幅度的傳遞函數，A2為分壓系數等于1／50，G2(s)為峰值檢測電路的傳遞函數，A3為運放的放大倍數等于6。