[科普中国]-寄生振荡

寄生振荡（parasitic oscillation），与正确工作频率不一致的振荡称为寄生振荡，即与工作频率无关或不在工作频率范围内的源于寄生参数的振荡。

类型常见的寄生振荡有两种，低于工作频率的低频寄生振荡和高于工作频率的高频寄生振荡。

主要特点1）将放大器输入端短路，输出端一般仍有振荡信号输出；

2）振荡周期一般较有规律且波形比较规则；

3）振荡幅度一般较大，有时甚至使放电器处于饱和与截止状态；

4）振荡频率一般较高（由电源去耦不良造成的低频振荡例外），且振荡频率与幅度会随放电器的元器件参数的不同而变化；

5）寄生振荡处理得当时可能完全消除。

产生原因寄生振荡1的产生大都是由于放大器的输出通过难于查觉的感应回路，反馈至输入端产生的。如图中的两极放大器，A1和A2若它们各自的输入和输出信号都相反，即相差180°，放大器A2的输出信号即使通过某种感应支路而反馈到它本身的输入端，因两者相位差180°，是负反馈，故不会引起振荡。若A2的输出端反馈至A1的输入端，因而信号相位相同，形成正反馈，电路就有可能产生振荡。

1）具有高增益放电器的电路；

2）高频电路且具有过大的分布电容或杂散电感存在以及电路的部分引线过长；

3）放大电路中单级放大倍数过大；

4）电路的输入和输出端相距过近，或输入环路与输出环路交链面积过大以及平行布线等；

5）多级放电器中或在幅度倍数较大的放大电路中，前级放电器屏蔽或接地不良；

6）电路布线混乱，布线环路面积过大以及布线电容和分布电感过大；

7）电路接地不佳，接地点选择不合理，接地线过长以及由接地线形成了过大环路面积；

8）印刷电路板设计不合理；

9）电路设计频带过宽，采用超过电路工作频率过多的元器件（主要是有源器件）；

10）装配工艺不佳，导线及元器件固定不牢靠，电路易受到机械振动的影响；

11）多级放大电路共用同一个直流电源，且电源去耦不良；

12）负反馈电路反馈过深；

13）电路间存在不良的耦合。

排除方法对电子电路中产生的寄生振荡，因为它有很大的偶然性，因此要查明原因和找出振荡源，往往是一件非常麻烦的工作，即使找到了振荡源，要排除这种有害的寄生振荡也绝非易事。一旦碰到电路产生自激振荡，首先应判断是连续振荡、间歇振荡或者是瞬间的衰减振荡。振荡大致在这三个部位：(1)放大电路本身；(2)人为的反馈支路；(3)布线和元器件的部位安装、安排不当或有了改变。

迅速排除寄生振荡有以下七种方法：

①电阻反馈法

在放大器的输入端串入几十至几百欧姆的电阻、消耗反馈能量，降低放大器的增益。

②专用工具推拉法

可用自制的专用工具，推拉有关元件和布线的位置，观察振荡变化和消除的情况。

③敲击法

敲击机壳和底板，看振荡是否有变化。有些设备因接地点焊接不牢或底板镙丝松动也会引起电子线路的自激。

④顺次接地试探法

用0.1μf涤纶电容器一只，使有关电路逐一接地，由末级开始，顺序向前，探查出振荡停止的那部分电路。

⑤直接短路法

把各级放大器输入端逐级短路，探查振荡发生在哪一级，从而确定振源的部位。

⑥直流电压表监视法

在检汉输出端用普通电压表监视，由前向后逐级屏蔽，观察电压表的变化，查出振源的部位。

⑦示波器探测法

在有条件的情况下，可用方波发生器由后向前逐级输入方波信号，在放大器的输出端用示波器进行观察。根据方波前后沿的变化稳定度来判断放大电路工作是否稳定或处于临振状态。

板条激光放大器中寄生振荡的研究如果放大器2光学表面的反射能够引起足够的反馈，放大器就会在信号脉冲到达前发射激光，这就是放大器的自发辐射(ASE），工作介质边缘的内反射能显著增大自发辐射，当这些反射能导致产生封闭路径时自发辐射现象更为严重，并且得到强的反馈机理，当激光介质内的增益超过损耗时，就建立起寄生振荡。寄生振荡对激光器和激光放大器的性能有很大影响，对于放大器而言，寄生振荡的存在使得放大器在信号光到达之前就消耗了大量的反转粒子数，降低了晶体的峰值增益和存取效率，影响了激光放大器尤其是高功率激光放大器的性能，因此消除激光器工作物质内的寄生振荡对提高激光器的功率有着很重要的意义。

寄生振荡是困扰放大器设计的一个重要问题，对高功率的激光放大器尤其如此。本文在分析寄生振荡现象产生机理的基础上，详细研究了Nd :YAG板条晶体的4个侧面在不同的表面处理下的放大效果，分析结果与斯坦福大学的Shally Saraf等人对端面抽运的板条晶体的研究结果有些差异，这可能与晶体的大小和形状有关，Shally Saraf等使用的晶体的激光输入输出端面很小，只有1. 1 mm X0. 9 mm，并且将其中两个相对的侧面加工成不平行，这在一定程度上可以防止寄生振荡的产生，因此Shally Saraf等在对两个侧面进行处理后就得到了良好的放大效果。

当将抽运光的重复频率从10 Hz逐渐增加到1000 H z时，发现放大器的放大倍数并没有因为功率变大而降低，输入能量为140 mJ时，获得了278 mJ的激光输出。这表明由于晶体的两个XZ面直接与冷却水接触，因此有很好的冷却效果，使得在高功率时没有使晶体的热效应恶化到可以影响晶体放大倍数的程度。合理的晶体结构和适当的表面处理方式对消除激光放大器的寄生振荡很重要。对于高功率激光放大器，良好的冷却系统同样是必须的。

本词条内容贡献者为:

方正 - 副教授 - 江南大学