如何消除运放的自激现象

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刚参加工作时,主要工作方向是低噪放设计。刚开始会听老同事讲,遇到自激,就会很麻烦,因为调试起来很费时间,需要在保证带内性能的前提下,把自激现象消除掉。

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当时测试一个放大器是否自激,主要方法就是输出端连接频谱仪,输入端变换三种负载(开路,短路,负载),看频谱仪上是否有自激现象。常温和低温下都需要做一下这个试验。如果在常温下自激,还算幸运的;如果常温不激低温激,就麻烦了。出现这种现象,第一步是看看能不能通过改变外接的输入端负载,把自激现象在常温下复现出来,如果还不行,你就只好纯粹的盲调了。就是把温箱打开,然后把放大器放里面,等冻透了后,再从孔里抽出来,然后赶紧调试,调完后再放回温箱,看是否自激。这个步骤可能需要重复很多次,才能把自激现象消除。

等到自己开始有机会设计放大器时,通过阅读文献,发现,其实这种方法是有局限性的。因为放大器是需要输入端外接任何负载时(即整个Smith圆图上所有的阻抗值),都需要不自激,才能算绝对稳定。所谓绝对稳定,是指无条件稳定,即放大器不管输入端是什么负载,都不会自激。但现在上面只用了三种负载,所以,我一直觉得这种方法测试出来的不自激放大器也不一定是绝对稳定的。

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其实,在文献【1】讲到,近年提出一种新的判别依据,即u因子,它是放大器是否稳定的一个充分必要条件,当其大于1的时候,放大器绝对稳定,当其值小于1的时候,放大器不稳定。而且其值的大小还与稳定性的强弱有关,越大,稳定性越强(而K因子没有这个特性,而且K因子需要和delta配合,才是放大器绝对稳定的充要条件)。

幸运的是,仿真软件和测试仪器上都有这个参数的测量。在仿真和测试过程中,只要保证u大于1,放大器就绝对不会自激。

当时,我师父让我设计一个放大器,其输入端最后是与天线的馈点连接,组成一个有源天线。当时,师父给了我一个电路,已经在其他产品上用过了,没有出现问题,让我照着这个电路画就行了。我用仿真软件把这个电路仿真了一下,发现u因子在带外有一段频率是小于1的。当时,还特地找师父确认了一下,这个电路是没有自激现象的。当时,心想,可能是仿真软件不准吧。

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后来,产品加工出来后,带内性能没有问题,按前面的三负载方法测试后,没有出现自激现象,就交给天线人员去集成了。第二天,天线人员就过来和我说,自激了。去一瞧,配上天线与放大器连接的那个电缆,自激了,而且频率正好在当时仿真时出现u因子小于1的频率段,但是变一下电缆长度,自激现象就消失了。当时,心想,老天对我真是不薄,让我有机会验证理论知识。接着在仿真软件上调整匹配电路,把u因子调整成在整个频段上都大于1,然后按照匹配仿真值修改放大器电路,自激现象消失了。

所以说,其实u因子,是一个非常直观的判断放大器是否可能自激的方法,而且现在仿真软件和矢网都有这个测量参数,很方便,可以让我们不用谈"自激"色变。

 

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