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如何消除放大器的自激?

2023/06/14
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剛參加工作時(shí),主要工作方向是低噪放設(shè)計(jì)。剛開(kāi)始會(huì)聽(tīng)老同事講,遇到自激,就會(huì)很麻煩,因?yàn)檎{(diào)試起來(lái)很費(fèi)時(shí)間,需要在保證帶內(nèi)性能的前提下,把自激現(xiàn)象消除掉。

當(dāng)時(shí)測(cè)試一個(gè)放大器是否自激,主要方法就是輸出端連接頻譜儀,輸入端變換三種負(fù)載(開(kāi)路,短路,負(fù)載),看頻譜儀上是否有自激現(xiàn)象。常溫和低溫下都需要做一下這個(gè)試驗(yàn)。如果在常溫下自激,還算幸運(yùn)的;如果常溫不激低溫激,就麻煩了。出現(xiàn)這種現(xiàn)象,第一步是看看能不能通過(guò)改變外接的輸入端負(fù)載,把自激現(xiàn)象在常溫下復(fù)現(xiàn)出來(lái),如果還不行,你就只好純粹的盲調(diào)了。就是把溫箱打開(kāi),然后把放大器放里面,等凍透了后,再?gòu)目桌锍槌鰜?lái),然后趕緊調(diào)試,調(diào)完后再放回溫箱,看是否自激。這個(gè)步驟可能需要重復(fù)很多次,才能把自激現(xiàn)象消除。

等到自己開(kāi)始有機(jī)會(huì)設(shè)計(jì)放大器時(shí),通過(guò)閱讀文獻(xiàn),發(fā)現(xiàn),其實(shí)這種方法是有局限性的。因?yàn)榉糯笃魇切枰斎攵送饨尤魏呜?fù)載時(shí)(即整個(gè)Smith圓圖上所有的阻抗值),都需要不自激,才能算絕對(duì)穩(wěn)定。所謂絕對(duì)穩(wěn)定,是指無(wú)條件穩(wěn)定,即放大器不管輸入端是什么負(fù)載,都不會(huì)自激。但現(xiàn)在上面只用了三種負(fù)載,所以,我一直覺(jué)得這種方法測(cè)試出來(lái)的不自激放大器也不一定是絕對(duì)穩(wěn)定的。

其實(shí),在文獻(xiàn)【1】講到,近年提出一種新的判別依據(jù),即u因子,它是放大器是否穩(wěn)定的一個(gè)充分必要條件,當(dāng)其大于1的時(shí)候,放大器絕對(duì)穩(wěn)定,當(dāng)其值小于1的時(shí)候,放大器不穩(wěn)定。而且其值的大小還與穩(wěn)定性的強(qiáng)弱有關(guān),越大,穩(wěn)定性越強(qiáng)(而K因子沒(méi)有這個(gè)特性,而且K因子需要和delta配合,才是放大器絕對(duì)穩(wěn)定的充要條件)。

幸運(yùn)的是,仿真軟件測(cè)試儀器上都有這個(gè)參數(shù)的測(cè)量。在仿真和測(cè)試過(guò)程中,只要保證u大于1,放大器就絕對(duì)不會(huì)自激。

當(dāng)時(shí),我?guī)煾缸屛以O(shè)計(jì)一個(gè)放大器,其輸入端最后是與天線的饋點(diǎn)連接,組成一個(gè)有源天線。當(dāng)時(shí),師父給了我一個(gè)電路,已經(jīng)在其他產(chǎn)品上用過(guò)了,沒(méi)有出現(xiàn)問(wèn)題,讓我照著這個(gè)電路畫就行了。我用仿真軟件把這個(gè)電路仿真了一下,發(fā)現(xiàn)u因子在帶外有一段頻率是小于1的。當(dāng)時(shí),還特地找?guī)煾复_認(rèn)了一下,這個(gè)電路是沒(méi)有自激現(xiàn)象的。當(dāng)時(shí),心想,可能是仿真軟件不準(zhǔn)吧。

后來(lái),產(chǎn)品加工出來(lái)后,帶內(nèi)性能沒(méi)有問(wèn)題,按前面的三負(fù)載方法測(cè)試后,沒(méi)有出現(xiàn)自激現(xiàn)象,就交給天線人員去集成了。第二天,天線人員就過(guò)來(lái)和我說(shuō),自激了。去一瞧,配上天線與放大器連接的那個(gè)電纜,自激了,而且頻率正好在當(dāng)時(shí)仿真時(shí)出現(xiàn)u因子小于1的頻率段,但是變一下電纜長(zhǎng)度,自激現(xiàn)象就消失了。當(dāng)時(shí),心想,老天對(duì)我真是不薄,讓我有機(jī)會(huì)驗(yàn)證理論知識(shí)。接著在仿真軟件上調(diào)整匹配電路,把u因子調(diào)整成在整個(gè)頻段上都大于1,然后按照匹配仿真值修改放大器電路,自激現(xiàn)象消失了。

所以說(shuō),其實(shí)u因子,是一個(gè)非常直觀的判斷放大器是否可能自激的方法,而且現(xiàn)在仿真軟件和矢網(wǎng)都有這個(gè)測(cè)量參數(shù),很方便,可以讓我們不用談"自激"色變。

參考文獻(xiàn):David M. Pozar著 《微波工程》中文版的468頁(yè)

 

 

 

 

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C0805C224K5RAC7800 1 KEMET Corporation Capacitor, Ceramic, Chip, General Purpose, 0.22uF, 50V, ±10%, X7R, 0805 (2012 mm), -55o ~ +125oC, 7" Reel/Unmarked

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