使用兩個(gè)JFET構(gòu)成直接耦合級(jí)聯(lián)放大，可以穩(wěn)定的工作在輸入和輸出都是電感負(fù)載的情況下，而不發(fā)生自激振蕩。本文通過(guò)測(cè)試 MPF102 構(gòu)成的直耦級(jí)聯(lián)放大電路，驗(yàn)證了這種電路的穩(wěn)定性。對(duì)于環(huán)形磁芯，工字型磁芯，帶有屏蔽的中周變壓器以及表貼電感進(jìn)行測(cè)試，驗(yàn)證在環(huán)境磁芯，表貼電感都可以避免電路由于外部磁耦合而產(chǎn)生自激振蕩。

§01 JFET級(jí)聯(lián)放大

討論這個(gè)問(wèn)題一個(gè)主要來(lái)源是在前面 **一款N-溝道耗盡型JFET晶體管 MPF102 **[1]，以及 對(duì)比BF245、2SK30A，2SK160A與 2SK241 對(duì)于150kHz導(dǎo)航信號(hào)放大關(guān)系[2]實(shí)驗(yàn)中多次碰到，利用電感作為漏極負(fù)載，提高JFET射頻放大器增益的時(shí)候，電路出現(xiàn)了 哈特萊自激振蕩[3]的情況。但作為JFET的 2SK241 卻不會(huì)，那么普通的JFET安裝 2SK241 構(gòu)成級(jí)聯(lián)放大器，是否也可以獲得穩(wěn)定高增益的高頻放大效果呢？

1.級(jí)聯(lián)JFET放大電路

2SK241 表面上看起來(lái)是一個(gè)FET，但從內(nèi)部構(gòu)造來(lái)看則為兩個(gè)FET。這兩個(gè)FET形成級(jí)聯(lián)。下面是來(lái)自 圖解電路設(shè)計(jì)與制作系列的高頻電路設(shè)計(jì)與制作[4]一書中給出的FET 2SK241 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如下圖所示：

圖1-1-1 級(jí)聯(lián)型FET **2SK241** 內(nèi)部結(jié)構(gòu)

在其中級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)中，第二個(gè)FET的輸入阻抗比較低，因此所形成的電壓量小，由此從第一個(gè)FET的g-d反饋電容中影響到輸入級(jí)的信號(hào)量也就減少了。正是因?yàn)檫@個(gè)原因，這就是的整體的反向電容只有 0.035pf 。

2.直耦級(jí)聯(lián)電路調(diào)研

使用 JFET cascade 在BING檢索放大電路。在 80_MHz_CASCODE_AMPLIFIER[5]顯示了一個(gè)基于 U1994E的級(jí)聯(lián)放大電路。它采用了輸入、輸出雙調(diào)諧回路完成 80MHz 放大電路。

圖1-2-1 基于U1994E的級(jí)聯(lián)FET放大電路

在 Cascode amplifier[6] 對(duì)于 基于 FET 級(jí)聯(lián)放大電路進(jìn)行了進(jìn)一步的討論，通過(guò)級(jí)聯(lián)，減少了放大電路輸入輸出之間的耦合，增大了電路的帶寬。更重要的是給出了實(shí)際級(jí)聯(lián)工作的電路。如下圖所示：

圖1-2-2- 實(shí)際級(jí)聯(lián)放大電路

在上圖中，對(duì)于 Q2 的柵極使用了 R4，R5進(jìn)行了偏置，建立起電路工作的電流工作點(diǎn)。

Cascade amplifier circuit[7]顯示了一個(gè)帶有中和電容直耦級(jí)聯(lián)FET高頻放大電路。它的輸入和輸出也同樣采用了雙調(diào)諧電路。C3在輸出與輸入之間構(gòu)建了負(fù)反饋的中和電路。

圖1-2-3 帶有中和電容的直耦級(jí)聯(lián)放大電路

TI的應(yīng)用筆記 AN-32 FET Circuit Application[8]中給出了200MHz直耦級(jí)聯(lián)FET放大電路。其中 Q2 的偏執(zhí)電壓用來(lái)設(shè)置整個(gè)放大電路的增益控制。

圖1-2-4 200MHz直耦級(jí)聯(lián)FET放大電路

The Hybrid Cascode — A General Purpose AGC IF Amplifier[9]則進(jìn)一步討論了這種電路在自動(dòng)增益控制（AGC）方面的應(yīng)用。其中包括了使用三級(jí)電路的串聯(lián)可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)100dB的增益控制。

圖1-2-5 兩款直耦級(jí)聯(lián)射頻放大電路

3.實(shí)驗(yàn)電路

圖1-3-1- 測(cè)試實(shí)驗(yàn)電路

請(qǐng)注意，上述電路中沒(méi)有按照【圖1-2-2】通過(guò)電阻建立他的電流工作點(diǎn)。

§02 測(cè)試結(jié)果

1.搭建實(shí)驗(yàn)電路

在面包板上搭建的實(shí)驗(yàn)電路板，使用DH1766提供工作的電壓， +12V。

在面包板上搭建的實(shí)驗(yàn)電路板

2.電路靜態(tài)

對(duì)于面包板上的實(shí)驗(yàn)電路測(cè)量對(duì)應(yīng)的靜態(tài)工作點(diǎn)。具體數(shù)值為：

◎ 電路靜態(tài)工作點(diǎn)：

工作電流：4.7mA

Q1 的 Vds：0.318V

Q2 的 Vds：+12V

3.電路動(dòng)態(tài)特性

（1）測(cè)量Q2的漏極電壓

使用示波器測(cè)量Q2的漏極電壓波形，電路沒(méi)有自激振蕩。電路是穩(wěn)定的！

作為對(duì)比，將上面直耦級(jí)聯(lián)重新改換成單個(gè) MPF102 共源放大，此時(shí)電路產(chǎn)生強(qiáng)烈的自激振蕩。如下是測(cè)量得到的電路漏極電壓波形。

圖2-3-1 使用單個(gè) **MPF102** 進(jìn)行共源放大，電路產(chǎn)生自激振蕩

（2）接收150kHz導(dǎo)航信號(hào)

將無(wú)線充電電源放置在附近2米距離，測(cè)量電路Q2的漏極電壓波形：

圖2-3-2 直耦級(jí)聯(lián)電路放大150kHz導(dǎo)航信號(hào)

使用 FLUKE45[10]數(shù)字萬(wàn)用表的交流電壓檔測(cè)量Q2漏極交流電壓有效值，大小為 0.478Vrms。

作為對(duì)比，使用 2SK241 替換上面的級(jí)聯(lián) MPF102 ，可以測(cè)量輸出的交流電壓的有效值為 0.439Vmrs。

4.提高扼流圈電感值

為了提高信號(hào)放大幅值，提高扼流圈的電感值，測(cè)試不同形式的電感，特別是對(duì)于10mH工字型的電感，測(cè)試電路是否可以穩(wěn)定工作。

（1）使用工字型10mH電感

◎ 電感基本參數(shù)(10kHz)：

電感量L0：9.819mH

串聯(lián)電阻R0：42.93Ω

通電后，電路出現(xiàn)了強(qiáng)烈的振蕩。

圖2-4-1-2 電路產(chǎn)生了強(qiáng)烈的振蕩

由于距離近，增益高，即使將工字型電感彎折使其與天線電感形成90°的位置關(guān)系，也會(huì)形成強(qiáng)烈的振蕩。

圖2-4-1-3 將工字型電感彎折與天線形成90°

（2）使用中周

為了抑制電磁耦合造成的電路自激振蕩，使用 超聲波測(cè)距測(cè)速升壓可調(diào)中周[11].

超聲波升壓中周變壓器

經(jīng)過(guò)測(cè)量，它的副邊的基本參數(shù)為：

◎ 中周副邊參數(shù)：

電感L2：10.79mH

串聯(lián)電阻Rs：22.98Ω

接上帶有屏蔽的中周之后，電路處在臨界振蕩的狀態(tài)。使用FLUKE45測(cè)量交流值為 0.050Vrms 。

圖2-4-2-1 電路處在臨界振蕩過(guò)程中

對(duì)于150kHz的導(dǎo)航信號(hào)放大之后的波形如下

測(cè)量交流信號(hào)的有效值：1.022V

圖2-4-2-1 放大150kHz的導(dǎo)航信號(hào)

※ 測(cè)試結(jié)果總結(jié)

1.基本結(jié)論

測(cè)試了工字型電感作為負(fù)載，電路中存在著強(qiáng)烈的磁耦合，產(chǎn)生劇烈的振蕩。使用帶有屏蔽外殼的超聲波測(cè)距測(cè)速升壓可調(diào)中周[11]可以消除電磁耦合，電路可以穩(wěn)定的工作。

2.測(cè)試表貼電感

測(cè)試表貼電感是否會(huì)產(chǎn)生耦合，造成電路振蕩。

（1）準(zhǔn)備標(biāo)貼電感

◎ 電感基本參數(shù)(10kHz)：

電感量：1.239mH

串聯(lián)等效電阻：29.75Ω

將表貼電感（1mH）焊接在插針上，便于在面包板上進(jìn)行測(cè)試實(shí)驗(yàn)。

焊接到PIN 100mil上的1mH表貼電感

（2）測(cè)試標(biāo)貼電感

使用表貼電感接入電路，電路穩(wěn)定，不自激振蕩。測(cè)試對(duì)應(yīng)的交流電壓為 80.34mV 。

打開(kāi)無(wú)線節(jié)能充電線圈，將發(fā)射線圈放置在附近2米距離。測(cè)量放大后的電壓交流有效值為 1.469Vrms 。

參考資料

[1]**一款N-溝道耗盡型JFET晶體管 MPF102 **: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/116591146

[2]對(duì)比BF245、2SK30A，2SK160A與 2SK241 對(duì)于150kHz導(dǎo)航信號(hào)放大關(guān)系: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/116402576

[3]哈特萊自激振蕩: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/116372637

[4]圖解電路設(shè)計(jì)與制作系列的高頻電路設(shè)計(jì)與制作: http://bbs.eeworld.com.cn/thread-96449-1-1.html

[5]80_MHz_CASCODE_AMPLIFIER: http://www.seekic.com/circuit_diagram/Amplifier_Circuit/80_MHz_CASCODE_AMPLIFIER.html

[6]Cascode amplifier: https://www.circuitstoday.com/cascode-amplifier

[7]Cascade amplifier circuit: http://www.seekic.com/circuit_diagram/555_Circuit/Cascade_amplifier_circuit.html

[8]AN-32 FET Circuit Application: https://www.ti.com/lit/an/snoa620/snoa620.pdf

[9]The Hybrid Cascode — A General Purpose AGC IF Amplifier: http://www.ka7exm.net/hycas/hycas_200712_qst.pdf

[10]超聲波測(cè)距測(cè)速升壓可調(diào)中周: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/116144062

編輯：hfy