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技術(shù)專題
電路設(shè)計(jì)中的功率放大器振蕩
在電路板上，我們不希望出現(xiàn)振蕩，尤其是功率放大器振蕩。例如，在RF功率放大器中，存在一種稱為寄生振蕩的振蕩。這種特定類型的振蕩屬于不良現(xiàn)象的類別。本文主要討論電路設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)遇到的一些振蕩。
什么是振蕩？
總而言之，振蕩是相對(duì)于中心點(diǎn)或值平衡的重復(fù)變化，通常是在可測(cè)量的時(shí)間內(nèi)。而且，這包括兩個(gè)或多個(gè)不同狀態(tài)（通常是相反狀態(tài)）之間的轉(zhuǎn)換。正如我之前提到的，術(shù)語(yǔ)振動(dòng)是精確描述機(jī)械振蕩的另一個(gè)詞。此外，最常見的兩種振蕩示例是交流電（AC）和擺錘擺動(dòng)。
但是，振蕩不僅在機(jī)械系統(tǒng)中發(fā)生，而且在動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中以及幾乎每個(gè)科學(xué)領(lǐng)域中都會(huì)發(fā)生。振動(dòng)的其他理想示例包括人的心跳，地?zé)衢g歇泉，弦樂器中弦的振動(dòng)，人腦中神經(jīng)細(xì)胞的發(fā)射以及造父變星，這些星的亮度基本上會(huì)發(fā)生波動(dòng)。
如上所述，在某些情況下，就像人的心臟一樣，不僅需要振動(dòng)，而且還需要適當(dāng)?shù)墓δ?。但是，就像大多?shù)情況一樣，存在一個(gè)平等但相反的事物。關(guān)于振蕩，我所說的相反說法稱為寄生振蕩。就射頻功率放大器而言，寄生振蕩是不受歡迎的。
功率放大器中的不希望有的振蕩
例如，RF功率放大器是將低功率RF信號(hào)轉(zhuǎn)換成較高功率信號(hào)的一種電子放大器。通常，RF功率放大器驅(qū)動(dòng)發(fā)射機(jī)的天線?？傮w而言，此處的電路設(shè)計(jì)目標(biāo)包括功率輸出，增益，功率效率，帶寬，線性度（產(chǎn)生精確的輸入副本），輸入和輸出阻抗匹配以及適當(dāng)?shù)纳帷?span lang="EN-US">
但是，就像所有電子組件和設(shè)備一樣，放大器將按預(yù)期執(zhí)行和工作，直到其功能中斷為止。當(dāng)功率放大器的電路或組件中存在寄生振蕩時(shí)，可能會(huì)發(fā)生這種中斷。此外，這些類型的干擾（寄生振蕩）在更高的頻率下更為關(guān)鍵和明顯。那么，是什么原因?qū)е逻@些振蕩呢？好吧，這個(gè)問題有多個(gè)答案，我將在以下各段中詳細(xì)討論。
是什么導(dǎo)致功率放大器振蕩？
在許多情況下，功率放大器中的振蕩會(huì)在較高的頻率，較高的增益和較差的電路設(shè)計(jì)布局下發(fā)生。同樣，評(píng)估振蕩的第一步是測(cè)量振蕩的幅度和頻率。如果使用示波器，則可以使用示波器的內(nèi)部觸發(fā)來(lái)穩(wěn)定波形。
就原因而言，通常3dB帶寬附近的振蕩是輸入輸出反饋的產(chǎn)物。請(qǐng)記住，在處理較高頻率的振蕩時(shí)，你將需要使用頻譜分析儀來(lái)觀察它們。此外，這種類型的振蕩通常引起波形失真，并且通常在數(shù)百兆赫茲至千兆赫茲的范圍內(nèi)。
此外，這通常是最終由設(shè)備的輸出或輸入引起的寄生振蕩的副產(chǎn)品。放大器電路的電位布局可能會(huì)有很大差異。
功率放大器中的寄生振蕩
如前所述，寄生振蕩是電子功率放大器或數(shù)字設(shè)備中不利的電子振蕩或輸出電流或電壓的周期性變化。同樣，你通常可以將其原因歸因于放大設(shè)備中的反饋。此外，如前所述，該問題在RF功率放大器，音頻放大器和各種其他類型的電子放大器中更為明顯。然而，這不僅僅限于放大器。這種類型的振蕩也可能在數(shù)字信號(hào)處理器中發(fā)生。
此外，寄生振蕩是控制理論要解決的中心問題之一。如你所知，控制理論處理數(shù)學(xué)和工程領(lǐng)域內(nèi)動(dòng)力系統(tǒng)的行為。此外，控制理論還概述了系統(tǒng)在經(jīng)受各種輸入影響的同時(shí)保持受控輸出的必要條件。盡管最初是在自動(dòng)化和機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域使用它，但現(xiàn)在已在基因組學(xué)，社會(huì)學(xué)和生理學(xué)等領(lǐng)域?yàn)楸O(jiān)管流程提供服務(wù)。
產(chǎn)生寄生振蕩的原因有很多。這些原因之一是，它可能導(dǎo)致電路中其他設(shè)備的EMI。這是因?yàn)榧纳袷幰部赡茏鳛闊o(wú)線電波輻射而影響其他電路。如果你曾經(jīng)聽過諸如汽車揚(yáng)聲器或耳機(jī)之類的煩人的音調(diào)，那么你正在目睹音頻系統(tǒng)中的寄生振蕩。
不需要寄生振蕩的原因
在功率放大器中，產(chǎn)生寄生振蕩的關(guān)鍵原因之一是浪費(fèi)功率，從而產(chǎn)生熱量。此外，經(jīng)歷寄生振蕩的電路將不會(huì)線性放大，這會(huì)導(dǎo)致所需信號(hào)失真。
關(guān)于數(shù)字電路，寄生振蕩僅可能發(fā)生在特定的邏輯轉(zhuǎn)換上，其結(jié)果是后續(xù)級(jí)的不穩(wěn)定操作。這樣的一個(gè)例子是一個(gè)計(jì)數(shù)器臺(tái)，它可能會(huì)看到許多偽造的脈沖并且計(jì)數(shù)不穩(wěn)定。
總體而言，寄生振蕩是破壞力，會(huì)破壞電路功能并抑制性能。在許多情況下，它會(huì)完全停止功能，因此你應(yīng)采取措施減輕其影響。
減輕寄生振蕩
有幾種措施可以減少或防止寄生振蕩。對(duì)于功率放大器，它始于放大器電路的布局，即電路設(shè)計(jì)。他們的電路設(shè)計(jì)應(yīng)包括以輸入和輸出接線不相鄰為特征的計(jì)劃。這進(jìn)而防止了電容性或電感性耦合。
關(guān)于電路本身，可以在電路的敏感部分上使用金屬屏蔽。同樣，在電源連接處使用旁路電容器是有利的。這將防止通過電源的級(jí)間耦合，并為交流信號(hào)提供低阻抗路徑。
關(guān)于PCB，應(yīng)將高功率級(jí)和低功率級(jí)分開。此外，應(yīng)以防止大量電流流過接地跡線共享部分的方式布置接地回路跡線。但是，在某些情況下，只能通過引入另一個(gè)反饋中和網(wǎng)絡(luò)來(lái)糾正此問題。此外，該反饋中和網(wǎng)絡(luò)需要進(jìn)行計(jì)算和調(diào)整，以消除放大設(shè)備通帶內(nèi)的負(fù)反饋。確保正確的電路設(shè)計(jì)走線布線將對(duì)任何放大器設(shè)計(jì)都是有幫助的。
嘗試解決振蕩問題時(shí)，必須首先找到源。對(duì)于功率放大器，其源極可能是放大器本身或放大器以外的組件和導(dǎo)線。
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