测试MPF102构成的直耦级联放大电路验证电路稳定性
使用两个jfet构成直接耦合级联放大，可以稳定的工作在输入和输出都是电感负载的情况下，而不发生自激振荡。本文通过测试 mpf102 构成的直耦级联放大电路，验证了这种电路的稳定性。对于环形磁芯，工字型磁芯，带有屏蔽的中周变压器以及表贴电感进行测试，验证在环境磁芯，表贴电感都可以避免电路由于外部磁耦合而产生自激振荡。
§01 jfet级联放大
讨论这个问题一个主要来源是在前面 **一款n-沟道耗尽型jfet晶体管 mpf102 **[1] ，以及 对比bf245、2sk30a，2sk160a与 2sk241 对于150khz导航信号放大关系[2] 实验中多次碰到，利用电感作为漏极负载，提高jfet射频放大器增益的时候，电路出现了 哈特莱自激振荡[3] 的情况。但作为jfet的 2sk241 却不会，那么普通的jfet安装 2sk241 构成级联放大器，是否也可以获得稳定高增益的高频放大效果呢？
1.级联jfet放大电路
2sk241 表面上看起来是一个fet，但从内部构造来看则为两个fet。这两个fet形成级联。下面是来自 图解电路设计与制作系列的高频电路设计与制作[4] 一书中给出的fet 2sk241 的内部结构，如下图所示：
图1-1-1 级联型fet **2sk241** 内部结构
在其中级联结构中，第二个fet的输入阻抗比较低，因此所形成的电压量小，由此从第一个fet的g-d反馈电容中影响到输入级的信号量也就减少了。正是因为这个原因，这就是的整体的反向电容只有 0.035pf 。
2.直耦级联电路调研
使用 jfet cascade 在bing检索放大电路。在 80_mhz_cascode_amplifier[5] 显示了一个基于 u1994e的级联放大电路。它采用了输入、输出双调谐回路完成 80mhz 放大电路。
图1-2-1 基于u1994e的级联fet放大电路
在 cascode amplifier[6] 对于 基于 fet 级联放大电路进行了进一步的讨论，通过级联，减少了放大电路输入输出之间的耦合，增大了电路的带宽。更重要的是给出了实际级联工作的电路。如下图所示：
图1-2-2- 实际级联放大电路
在上图中，对于 q2 的栅极使用了 r4，r5进行了偏置，建立起电路工作的电流工作点。
cascade amplifier circuit[7] 显示了一个带有中和电容直耦级联fet高频放大电路。它的输入和输出也同样采用了双调谐电路。c3在输出与输入之间构建了负反馈的中和电路。
图1-2-3 带有中和电容的直耦级联放大电路
ti的应用笔记 an-32 fet circuit application[8] 中给出了200mhz直耦级联fet放大电路。其中 q2 的偏执电压用来设置整个放大电路的增益控制。
图1-2-4 200mhz直耦级联fet放大电路
the hybrid cascode — a general purpose agc if amplifier[9] 则进一步讨论了这种电路在自动增益控制（agc）方面的应用。其中包括了使用三级电路的串联可以实现高达100db的增益控制。
图1-2-5 两款直耦级联射频放大电路
3.实验电路
图1-3-1- 测试实验电路
请注意，上述电路中没有按照【图1-2-2】通过电阻建立他的电流工作点。
§02 测试结果
1.搭建实验电路
在面包板上搭建的实验电路板，使用dh1766提供工作的电压， +12v。
在面包板上搭建的实验电路板
2.电路静态
对于面包板上的实验电路测量对应的静态工作点。具体数值为：
◎ 电路静态工作点：
工作电流：4.7ma
q1 的 vds：0.318v
q2 的 vds：+12v
3.电路动态特性
（1）测量q2的漏极电压
使用示波器测量q2的漏极电压波形，电路没有自激振荡。电路是稳定的！
作为对比，将上面直耦级联重新改换成单个 mpf102 共源放大，此时电路产生强烈的自激振荡。如下是测量得到的电路漏极电压波形。
图2-3-1 使用单个 **mpf102** 进行共源放大，电路产生自激振荡
（2）接收150khz导航信号
将无线充电电源放置在附近2米距离，测量电路q2的漏极电压波形：
图2-3-2 直耦级联电路放大150khz导航信号
使用 fluke45[10] 数字万用表的交流电压档测量q2漏极交流电压有效值，大小为 0.478vrms。
作为对比，使用 2sk241 替换上面的级联 mpf102 ，可以测量输出的交流电压的有效值为 0.439vmrs。
4.提高扼流圈电感值
为了提高信号放大幅值，提高扼流圈的电感值，测试不同形式的电感，特别是对于10mh工字型的电感，测试电路是否可以稳定工作。
（1）使用工字型10mh电感
◎ 电感基本参数(10khz)：
电感量l0：9.819mh
串联电阻r0：42.93ω
通电后，电路出现了强烈的振荡。
图2-4-1-2 电路产生了强烈的振荡
由于距离近，增益高，即使将工字型电感弯折使其与天线电感形成90°的位置关系，也会形成强烈的振荡。
图2-4-1-3 将工字型电感弯折与天线形成90°
（2）使用中周
为了抑制电磁耦合造成的电路自激振荡，使用 超声波测距测速升压可调中周[11] .
超声波升压中周变压器
经过测量，它的副边的基本参数为：
◎ 中周副边参数：
电感l2：10.79mh
串联电阻rs：22.98ω
接上带有屏蔽的中周之后，电路处在临界振荡的状态。使用fluke45测量交流值为 0.050vrms 。
图2-4-2-1 电路处在临界振荡过程中
对于150khz的导航信号放大之后的波形如下
测量交流信号的有效值：1.022v
图2-4-2-1 放大150khz的导航信号
※ 测试结果总结
1.基本结论
测试了工字型电感作为负载，电路中存在着强烈的磁耦合，产生剧烈的振荡。使用带有屏蔽外壳的超声波测距测速升压可调中周[11]可以消除电磁耦合，电路可以稳定的工作。
2.测试表贴电感
测试表贴电感是否会产生耦合，造成电路振荡。
（1）准备标贴电感
◎ 电感基本参数(10khz)：
电感量：1.239mh
串联等效电阻：29.75ω
将表贴电感（1mh）焊接在插针上，便于在面包板上进行测试实验。
焊接到pin 100mil上的1mh表贴电感
（2）测试标贴电感
使用表贴电感接入电路，电路稳定，不自激振荡。测试对应的交流电压为 80.34mv 。
打开无线节能充电线圈，将发射线圈放置在附近2米距离。测量放大后的电压交流有效值为 1.469vrms 。
参考资料
[1]**一款n-沟道耗尽型jfet晶体管 mpf102 **: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/116591146
[2]对比bf245、2sk30a，2sk160a与 2sk241 对于150khz导航信号放大关系: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/116402576
[3]哈特莱自激振荡: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/116372637
[4]图解电路设计与制作系列的高频电路设计与制作: 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]超声波测距测速升压可调中周: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/116144062
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§01 jfet级联放大
讨论这个问题一个主要来源是在前面 **一款n-沟道耗尽型jfet晶体管 mpf102 **[1] ，以及 对比bf245、2sk30a，2sk160a与 2sk241 对于150khz导航信号放大关系[2] 实验中多次碰到，利用电感作为漏极负载，提高jfet射频放大器增益的时候，电路出现了 哈特莱自激振荡[3] 的情况。但作为jfet的 2sk241 却不会，那么普通的jfet安装 2sk241 构成级联放大器，是否也可以获得稳定高增益的高频放大效果呢？
1.级联jfet放大电路
2sk241 表面上看起来是一个fet，但从内部构造来看则为两个fet。这两个fet形成级联。下面是来自 图解电路设计与制作系列的高频电路设计与制作[4] 一书中给出的fet 2sk241 的内部结构，如下图所示：
图1-1-1 级联型fet **2sk241** 内部结构
在其中级联结构中，第二个fet的输入阻抗比较低，因此所形成的电压量小，由此从第一个fet的g-d反馈电容中影响到输入级的信号量也就减少了。正是因为这个原因，这就是的整体的反向电容只有 0.035pf 。
2.直耦级联电路调研
使用 jfet cascade 在bing检索放大电路。在 80_mhz_cascode_amplifier[5] 显示了一个基于 u1994e的级联放大电路。它采用了输入、输出双调谐回路完成 80mhz 放大电路。
图1-2-1 基于u1994e的级联fet放大电路
在 cascode amplifier[6] 对于 基于 fet 级联放大电路进行了进一步的讨论，通过级联，减少了放大电路输入输出之间的耦合，增大了电路的带宽。更重要的是给出了实际级联工作的电路。如下图所示：
图1-2-2- 实际级联放大电路
在上图中，对于 q2 的栅极使用了 r4，r5进行了偏置，建立起电路工作的电流工作点。
cascade amplifier circuit[7] 显示了一个带有中和电容直耦级联fet高频放大电路。它的输入和输出也同样采用了双调谐电路。c3在输出与输入之间构建了负反馈的中和电路。
图1-2-3 带有中和电容的直耦级联放大电路
ti的应用笔记 an-32 fet circuit application[8] 中给出了200mhz直耦级联fet放大电路。其中 q2 的偏执电压用来设置整个放大电路的增益控制。
图1-2-4 200mhz直耦级联fet放大电路
the hybrid cascode — a general purpose agc if amplifier[9] 则进一步讨论了这种电路在自动增益控制（agc）方面的应用。其中包括了使用三级电路的串联可以实现高达100db的增益控制。
图1-2-5 两款直耦级联射频放大电路
3.实验电路
图1-3-1- 测试实验电路
请注意，上述电路中没有按照【图1-2-2】通过电阻建立他的电流工作点。
§02 测试结果
1.搭建实验电路
在面包板上搭建的实验电路板，使用dh1766提供工作的电压， +12v。
在面包板上搭建的实验电路板
2.电路静态
对于面包板上的实验电路测量对应的静态工作点。具体数值为：
◎ 电路静态工作点：
工作电流：4.7ma
q1 的 vds：0.318v
q2 的 vds：+12v
3.电路动态特性
（1）测量q2的漏极电压
使用示波器测量q2的漏极电压波形，电路没有自激振荡。电路是稳定的！
作为对比，将上面直耦级联重新改换成单个 mpf102 共源放大，此时电路产生强烈的自激振荡。如下是测量得到的电路漏极电压波形。
图2-3-1 使用单个 **mpf102** 进行共源放大，电路产生自激振荡
（2）接收150khz导航信号
将无线充电电源放置在附近2米距离，测量电路q2的漏极电压波形：
图2-3-2 直耦级联电路放大150khz导航信号
使用 fluke45[10] 数字万用表的交流电压档测量q2漏极交流电压有效值，大小为 0.478vrms。
作为对比，使用 2sk241 替换上面的级联 mpf102 ，可以测量输出的交流电压的有效值为 0.439vmrs。
4.提高扼流圈电感值
为了提高信号放大幅值，提高扼流圈的电感值，测试不同形式的电感，特别是对于10mh工字型的电感，测试电路是否可以稳定工作。
（1）使用工字型10mh电感
◎ 电感基本参数(10khz)：
电感量l0：9.819mh
串联电阻r0：42.93ω
通电后，电路出现了强烈的振荡。
图2-4-1-2 电路产生了强烈的振荡
由于距离近，增益高，即使将工字型电感弯折使其与天线电感形成90°的位置关系，也会形成强烈的振荡。
图2-4-1-3 将工字型电感弯折与天线形成90°
（2）使用中周
为了抑制电磁耦合造成的电路自激振荡，使用 超声波测距测速升压可调中周[11] .
超声波升压中周变压器
经过测量，它的副边的基本参数为：
◎ 中周副边参数：
电感l2：10.79mh
串联电阻rs：22.98ω
接上带有屏蔽的中周之后，电路处在临界振荡的状态。使用fluke45测量交流值为 0.050vrms 。
图2-4-2-1 电路处在临界振荡过程中
对于150khz的导航信号放大之后的波形如下
测量交流信号的有效值：1.022v
图2-4-2-1 放大150khz的导航信号
※ 测试结果总结
1.基本结论
测试了工字型电感作为负载，电路中存在着强烈的磁耦合，产生剧烈的振荡。使用带有屏蔽外壳的超声波测距测速升压可调中周[11]可以消除电磁耦合，电路可以稳定的工作。
2.测试表贴电感
测试表贴电感是否会产生耦合，造成电路振荡。
（1）准备标贴电感
◎ 电感基本参数(10khz)：
电感量：1.239mh
串联等效电阻：29.75ω
将表贴电感（1mh）焊接在插针上，便于在面包板上进行测试实验。
焊接到pin 100mil上的1mh表贴电感
（2）测试标贴电感
使用表贴电感接入电路，电路稳定，不自激振荡。测试对应的交流电压为 80.34mv 。
打开无线节能充电线圈，将发射线圈放置在附近2米距离。测量放大后的电压交流有效值为 1.469vrms 。
参考资料
[1]**一款n-沟道耗尽型jfet晶体管 mpf102 **: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/116591146
[2]对比bf245、2sk30a，2sk160a与 2sk241 对于150khz导航信号放大关系: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/116402576
[3]哈特莱自激振荡: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/116372637
[4]图解电路设计与制作系列的高频电路设计与制作: 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]超声波测距测速升压可调中周: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/116144062
小米10 Pro珍珠白高清图集
NS LM5118宽电压升/降压电源方案
Jetpack WindowManager 1.1 稳定版
影响云原生应用性能的关键因素为什么是监控？
去耦电容的选择、容值计算和布局布线（一）
测试MPF102构成的直耦级联放大电路验证电路稳定性
S475可用于供应链自动化数据监测控制
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了解用话题建模分析在线产品评论的重要性
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MIMO,MIMO是什么意思,什么是MIMO无线通信技术
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