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(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為詳細的電路設計，本設計采用克拉潑(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(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點電壓將會下降，ARF461A的柵源電壓將會降低，進而調(diào)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(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(guān)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(guān)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(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(chǎn)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(jié)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(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(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)，進而達到了穩(wěn)定振蕩器輸出幅度的目的。