本文設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，通過對整個設計電路的傳遞函數(shù)分析,，來避免反饋環(huán)路產生振蕩,，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行比較后產生控制信號,，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,，通過對靜態(tài)工作點的設置,，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進行峰值檢測，檢測后的峰值信號經(jīng)運放LM324與參考電壓進行比較后產生控制電壓,，控制電壓經(jīng)過放大后通過對三極管的控制,，來調整振蕩幅度的變化。振蕩器幅度增大時,，G點電壓將會下降,，ARF461A的柵源電壓將會降低，進而調整輸出幅度,，使其輸出減小,。同理，當幅度減小時,，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(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的關系,。運用折線分析法，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,，對應的特征根為
，如果只考慮輸出電壓的幅度,，不關心高頻成分的細節(jié),，忽略高頻成分和(ω0-ωd)的諧波分量，設幅度關于時間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U1’>U2’時,，VD’導通,，反則截止。C’兩端的電壓U2’由
決定,，而
,，假設R1’<
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)特征方程各項的系數(shù)運用勞斯判據(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)定性仿真驗證
運用Pspice仿真軟件對系統(tǒng)電路進行仿真,。仿真時,，當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,，產生偏差的原因可能是在推導傳遞函數(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,，其結果符合設計要求。圖7為R5=1kΩ時的輸出波形,，此時系統(tǒng)不穩(wěn)定,，環(huán)路產生振蕩，影響了輸出幅度,。
4 結論
為了避免AGC反饋環(huán)路產生自激振蕩,，需要對電路進行穩(wěn)定性分析，本文重點分析了振蕩器諧振網(wǎng)絡以及峰值檢波電路的傳遞函數(shù),，通過對設計電路的傳遞函數(shù)分析,，采用勞斯判據(jù)來判斷電路是否穩(wěn)定，根據(jù)判斷結果,，通過調節(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)路產生自激振蕩，來使整個電路工作在穩(wěn)定的狀態(tài),，進而達到了穩(wěn)定振蕩器輸出幅度的目的,。