本文設(shè)計了一個具有自動增益控制的電路來穩(wěn)定射頻功率振蕩器的輸出幅度,，通過對整個設(shè)計電路的傳遞函數(shù)分析,，來避免反饋環(huán)路產(chǎn)生振蕩，使整個電路工作在穩(wěn)定的狀態(tài),。

　　1 主體電路的設(shè)計

　　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，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)計了一個頻率為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，本設(shè)計采用克拉潑(Clapp)振蕩器結(jié)構(gòu),，功率MOSFET選取ARF461A,，通過對靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置,，使振蕩器的工作狀態(tài)由起振時的AB類狀態(tài)滑到穩(wěn)定時的C類放大狀態(tài)。輸出的信號通過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(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,，G點(diǎn)電壓將會下降,，ARF461A的柵源電壓將會降低，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,，ARF461A的柵源電壓會升高,，輸出幅度將會增加。

　　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。

　　2．1 射頻功率振蕩器電路的傳遞函數(shù)

　　如圖2所示,，設(shè)反饋回來的控制電壓為Ue,，通過作用于三極管，來改變ARF461A的柵源電壓,，進(jìn)而改變漏極電流基波分量的大小,。首先寫出Ue和基波分量Il的關(guān)系。運(yùn)用折線分析法,，功率管的漏極電流為：

　　其次,，要寫出漏極基波電流分量Il與輸出幅度的傳遞函數(shù)，如圖4所示,。

　　式(10)說明,，u(t)由角頻率為ω0的等幅正弦函數(shù)和頻率為ωd的衰減正弦函數(shù)合成，兩個頻率ω0和ωd形成拍頻,，輸出電壓的幅度隨時間的變化是一個二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng),，對應(yīng)的特征根為，如果只考慮輸出電壓的幅度,，不關(guān)心高頻成分的細(xì)節(jié),，忽略高頻成分和(ω0-ωd)的諧波分量,，設(shè)幅度關(guān)于時間t的函數(shù)為Up(t)，其拉普拉斯變換為：

　　2．2 峰值檢測電路的傳遞函數(shù)

　　峰值檢測電路等效成一個二極管和電容器電路,，如圖5(a)所示。當(dāng)U1’>U2’時,，VD’導(dǎo)通,，反則截止。C’兩端的電壓U2’由決定,，而,，假設(shè)R1’<二極管導(dǎo)通角為θD,，iR1’在一個周期內(nèi)的平均值為：

　　2．3 電路系統(tǒng)的傳遞函數(shù)

　　系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)可寫成：

　　根據(jù)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，寫出閉環(huán)特征方程后經(jīng)整理帶入具體的元器件值：R=50Ω,，C=1.2 nF,，R1’=200Ω，C’=1nF,，θD=20,，通過閉環(huán)特征方程各項(xiàng)的系數(shù)運(yùn)用勞斯判據(jù)來判斷系統(tǒng)是否穩(wěn)定。勞斯表如表1所示,，要使系統(tǒng)穩(wěn)定,，(14.1-0.4K4)×107>0，即K4=(-A1)A2A3R<35.25,，可解出,，AGC環(huán)路中三極管射級電阻R5>1．02kΩ時，系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài),。

　　3 系統(tǒng)穩(wěn)定性仿真驗(yàn)證

　　運(yùn)用Pspice仿真軟件對系統(tǒng)電路進(jìn)行仿真,。仿真時，當(dāng)R5>1.8kΩ時系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài),，這與理論計算值存在一些偏差,，該偏差是可以接受的，產(chǎn)生偏差的原因可能是在推導(dǎo)傳遞函數(shù)時忽略了一些高頻成分和諧波分量,。圖6為R5=2kΩ時系統(tǒng)穩(wěn)定時的輸出波形,，輸出幅度穩(wěn)定，其結(jié)果符合設(shè)計要求,。圖7為R5=1kΩ時的輸出波形,，此時系統(tǒng)不穩(wěn)定，環(huán)路產(chǎn)生振蕩,，影響了輸出幅度,。

　　4 結(jié)論

　　為了避免AGC反饋環(huán)路產(chǎn)生自激振蕩,，需要對電路進(jìn)行穩(wěn)定性分析，本文重點(diǎn)分析了振蕩器諧振網(wǎng)絡(luò)以及峰值檢波電路的傳遞函數(shù),，通過對設(shè)計電路的傳遞函數(shù)分析,，采用勞斯判據(jù)來判斷電路是否穩(wěn)定，根據(jù)判斷結(jié)果,，通過調(diào)節(jié)反饋電路中三極管的發(fā)射極電阻R5的阻值,，避免AGC環(huán)路產(chǎn)生自激振蕩，來使整個電路工作在穩(wěn)定的狀態(tài),，進(jìn)而達(dá)到了穩(wěn)定振蕩器輸出幅度的目的,。