消除半导体中频放大级的寄生振荡

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在收音机的放大器中,由于存在不应有的正反馈而引起的振荡现象,称为寄生振荡或自激振荡,其表现特点是啸叫或增益陡增和通带严重不对称等。这种自激现象,半导体超外差机的中颇放大器中最易发生。

半导体机中放级易于产生寄生振荡的原因,主要由于半导体管是一种非单向性质的放大器件,本身存在内部反馈,当半导体管在中频(一般是465千赫)下运用时,引起自激的内部反馈主要决定于集电极和基极之间的极间电容C\(_{cbo}\)。常用的中放半导体管,其Ccbo约在3~10微微法之间。经过放大后的中频信号,通过这个电容会从管子的输出端反馈到其输入端。当频率为一定时,如电容C\(_{cbo}\)愈大,则反馈量亦愈大,也就愈容易产生中频自激振荡,结果使放大器的稳定性受到影响。当自激振荡出现时,放大级即产生增益陡增,选择性曲线严重不对称,整机失真增大等不正常现象。由于中放级是一个调谐放大级,它的输入端和输出端谐振于一个相同的频率(中频),因而这一级因内部反馈引起自激振荡的可能就更大。

消除中放寄生振荡的方法

欲消除半导体中放级的自激振荡,方法有多种,其中“中和”是比较合理易行的,目前在半导体管超外差式收音机中广泛采用。所谓中和,即取一个相位与半导体管内部反馈相反的信号,通过外部反馈电路(即中和电路)回输至输入端,以抵消半导体管的内部反馈。如果内外两反馈量相等,则半导体管的反向电压传输系数(h\(_{12}\))等于零,称为临界中和或完全中和。此时放大级具有工作稳定、功率增益大、选择性曲线对称和整机失真小等优点。

常见的中和电路如图1所示。图中C\(_{n}\)是中和电容器,由虚线绘出的电容器Ccbo是中频管集电极—基极电容。由图1可知,在有抽头(抽头点d对中频来说是接地的)的中频变压器ZB\(_{2}\)的两端a和c两点间的中频信号相位差180°,因而通过Cn和C\(_{cbo}\)分别反馈至半导体管输入端b点的中频信号电流in和i\(_{co}\)的相位正好相反。如果in=i\(_{co}\),则为临界中和,这时电路工作状态最佳。

图1
图1 🔍原图 (717×409)

为了分析简便起见,图1电路的中和部分可以画成等效电路如图2。等效电路中有关电阻的部分略去了。显而易见,这是一个交流电桥,当它近似平衡时(由于电阻部分被略去,而且又不是等臂电桥,故对中频频率来说,只能称为近似平衡),b—d两端的中频反馈电流趋向于零。电桥近似平衡的条件是:C\(_{n}\)=Ccbo/k和N4=k/N\(_{5}\)。这里k是一个常数,任意数值的k都可以用来中和半导体管,这里由于L4、L\(_{5}\)的圈数比N4/N\(_{5}\)为既定(在考虑中频变压器通带和负载阻抗时已选定),故常数k=N4/N\(_{5}\)=圈数比亦为已知。以市售TTF—3型中频变压器为例,其圈数比如图3。又由于半导体管的Ccbo可在特性手册里查出或预先测知,故C\(_{n}\)=Ccbo/k的值不难求出。例如照图2电路,求解中和电容器C\(_{n}\)的近似植,已知中频变压器ZB2初级抽头点至两端的圈数比k=2.5,中频管的集电极—基极电容C\(_{cbo}\)=5微微法,根据上式,所以Cn≈5/2.5=2微微法。

图2
图2 🔍原图 (327×323)
图3
图3 🔍原图 (856×333)

在实际应用中,中放半导体管的C\(_{cbo}\)约在3~10微微法之间,故而中和电容器Cn如在1~5微微法之间进行调整,即能获得近似临界中和。如此小容量的半可变电容器不易购得,业余爱好者可用两根绝缘的导线相互绞合代替。

图4电路是另一种常用的中和电路,作用原理和图1一样,但应用时应当注意:由L\(_{6}\)引出的外反馈信号的相位应当与半导体管内部反馈的信号相位相反,否则要对掉L6的两个接头。采用此种中和电路时,中和电容器C\(_{n}\)的值可以取得比Ccbo的值略大一些,这是因为k=N\(_{6}\)/N5<1的关系。这里N\(_{6}\)是下一级中放管的基极线圈(也可能是第二检波器的输入线圈)L6的圈数,N\(_{5}\)是中放管的负载线圈L5的圈数。大家知道,共发射极电路的输入阻抗(或第二检波器的输入阻抗)比输出阻抗小许多倍,为使阻抗接近匹配,以获取足够大的功率增益,因而L\(_{6}\)的圈数N6比L\(_{5}\)的圈数N5少。

图4
图4 🔍原图 (668×434)

有些产品收音机,中放级采用了截止频率较高的高频管,电路不加任何中和,收音机也工作得很好。这是因为半导体管的截止频率f\(_{a}\)愈高,其集电极—基极电容Ccbo也愈小,说明半导体管内部反馈很小。对所欲放大的中频来说,如果管子的反向电压传输系数能够趋近于零,则放大级虽不增加任何稳定措施,也可能达到稳定的工作。

对中和的测量

为了得知中频放大器是否近似临界中和,可用一个简便方法测量。如图1,在线圈L\(_{6}\)两端接入一个中频信号电压U2约数十毫伏,再在线圈L\(_{1}\)、L2两端接上一个高频毫伏表。调整C\(_{n}\),当毫伏表指示最小,即U1趋向于零,表示已近似临界中和。在实际应用中,中和电路还有其他条件影响,工作情况是复杂的,欲使中放级获得精确的临界中和,做起来比较困难。因此通常取中和电容器C\(_{n}\)比近似临界中和时略大一些,这样放大器就能稳定地工作。(布谷)