【文章內(nèi)容簡介】 0iX? 如上圖所示，若電路中沒有耦合電容，旁路電容或半導(dǎo)體極間電容的存在，由于放大倍數(shù)為負(fù)，因此輸出信號 OX 與輸入信號 iX 相比有一相角為 ? 的相移。在沒有輸入信號時，因?yàn)槟撤N電擾動，其 中含有一頻率為 0f 的信號能夠使電路的附加相移 39。39。AF??? 為 (2 1)k ?? 時（ k 為整數(shù)），滿足反饋信號與輸入信號同相的條件。此時 ||OX 將不斷增 大，由于半導(dǎo)體元件的非線性特性。電路最終達(dá)到了動態(tài)平衡（此時 1AF? ），則稱電路產(chǎn)生了自激振蕩。當(dāng)然，無論怎樣改變電路，A F fXoX?? 39。iX?河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 17 輸出電壓的最大值的絕對值不會超過直流電源 CCV ，因此若直流電源過小，可能產(chǎn)生失真的情況。 由上述條件可以知道，反饋越深，越容易產(chǎn)生自激振蕩?；痉糯箅娐分?，單級和兩級放大電路是穩(wěn)定的，而三級或三級以上的負(fù)反饋放大電路，只要有一定的反饋深度， 就可能產(chǎn)生自激振蕩。 正弦波振蕩器的組成和分析步驟 ：上述分析已經(jīng)指出：正弦波振蕩器必須包含這樣幾個組成部分： 放大部分 —— 振蕩器的核心，將直流電源提供的能量轉(zhuǎn)換成交流信號能量；補(bǔ)充振蕩過程中的能量損耗，以獲得連續(xù)的等幅正弦波。 選頻部分 —— 從信號中選出所需的頻率。 正反饋電路 —— 將選出來的所需頻率的信號送回到輸入端放大。 穩(wěn)幅電路 —— 般靠振蕩管自身的非線性穩(wěn)幅，要求高的振蕩器有專門的穩(wěn)幅電路。 在實(shí)際應(yīng)用中，放大和穩(wěn)幅“三合一”；選頻和正反饋“二合一”。 分析步驟 （ 1） 判斷能否產(chǎn)生 正弦波振蕩， 組成是否完整，靜態(tài)工作點(diǎn)是否能夠保證放大電路正常工作；用瞬時極性法或電路特點(diǎn)判斷電路是否引入正反饋（是否滿足相位平衡條件）等。 （ 2） 分析振蕩頻率和起振條件 正弦波振蕩器 正弦波振蕩器廣泛用于各種電子設(shè)備中，在模擬電子技術(shù)中屬于必不可少的一種元件。它是一種不需要輸入信號控制就能自動地將直流能量轉(zhuǎn)換為特定頻率和振幅的正弦交變能量的電路。 正弦波 振蕩器是自激振蕩的一個非常重要的應(yīng)用。根據(jù)傅里葉級數(shù)的定義可以知道，任何周期性的激勵電壓都可以分解成許多不同頻率的正弦時間函數(shù)之和，再根據(jù)自激振 蕩的原理，只有頻率為一特定值 0f的正弦波才能夠通過電路的正反饋系統(tǒng)（反饋系統(tǒng)本身可能為負(fù)反饋系統(tǒng)，但由河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 18 于電容的存在，反饋信號與輸入信號同相）增強(qiáng)自身，其余頻率的信號都逐漸衰減到零。由于想要的正弦波信號為一穩(wěn)定信號，因此在正弦波振蕩器中加入了穩(wěn)幅環(huán)節(jié)，其中，在分立元件組成的放大電路中，晶體管的非線性特性能夠滿足這個條件。最后當(dāng)電路達(dá)到穩(wěn)定時， 1AF? 。 比較典型的正弦波振蕩電路有文式電橋振蕩器 , LC 正弦波振蕩器，石英晶體正弦波振蕩器等。按照頻率的輸出范圍，可以分為兩大類，一類為電阻電容組成的低頻振蕩器。另一類是由集總參數(shù) LC 元件組成的高頻振蕩器，它的振蕩頻率在幾十千赫到幾百兆赫。如果頻率更高，波長更短，則需要用分布參數(shù)系統(tǒng)組成超高頻振蕩器。下面以文式電橋?yàn)槔榻B一下正弦波振蕩器。 圖 RC正弦波振蕩電路 由阻抗的定義可知，2 2 2 3Ofj CRR j CU R C j CRR j Cj CR j CRUR j C?????? ???? ??????,當(dāng)0 12ff RC??? 時， OU 與 fU 同相。3OfUU ? 此時只需滿足輸出信號與反饋信號同相且 1||3F? 即可滿足電路產(chǎn)生穩(wěn)定正弦振蕩的條件。 自激振蕩的應(yīng)用 RRCC??? ?OUfU河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 19 自激振蕩的原理可用于各種機(jī)械裝置。如專利號為 202210020748 的汽油機(jī)自激振蕩直流互激振蕩交流點(diǎn)火電源。正弦波振蕩器可用于函數(shù)信號發(fā)生器，輸出信號可作為模擬電子電路的測試信號和控制信號。此外，正弦波振蕩器還可應(yīng)用于測量、遙控、通信、廣播、自動控制、熱處理和超聲波電焊、 高頻感應(yīng)加熱等加工設(shè)備之中。 變壓器的簡介 變壓器幾乎在所有的電子產(chǎn)品中都要用到，它原理簡單但根據(jù)不同的使用場合變壓器的繞制工藝會有所不同的要求。變壓器的功能主要有：電壓變換；阻抗變換；隔離；穩(wěn)壓等，變壓器常用的鐵芯形狀一般有 E 型和 C 型鐵芯。 變壓器的最基本型式，包括兩組繞有導(dǎo)線之線圈，并且彼此以電感方式稱合一起。當(dāng)一交流電流流于其中之一組線圈時，于另一組線圈中將感應(yīng)出具有相同頻率之交流電壓，而感應(yīng)的電壓大小取決于兩線圈耦合及磁交鏈之程度。 一般指連接交流電源的線圈稱之為一 次線圈 ， 而跨于此線圈的電壓稱之為一次電壓。在二次線圈的感應(yīng)電壓可能大于或小于一次電壓，是由一次線圈與二次線圈問的匝數(shù)比所決定的。因此，變壓器區(qū)分為升壓與降壓變壓器兩種 。 大部份的變壓器均有固定的鐵芯，其上繞有一次與二次的線圈。基于鐵材的高導(dǎo)磁性，大部份磁通量局限在鐵芯里，因此，兩組線圈藉此可以獲得相當(dāng)高程度之磁耦合。在一些變壓器中，線圈與鐵芯二者間緊密地結(jié)合，其一次與二次電壓的比值幾乎與二者之線圈匝數(shù)比相同。因此，變壓器之匝數(shù)比，一般可作為變壓器升壓或降壓的參考指標(biāo)。由于此項(xiàng)升壓與降壓的功能，使得變壓器已成 為現(xiàn)代化電力系統(tǒng)之一重要附屬物，提升輸電電壓使得長途輸送電力更為經(jīng)濟(jì)，至于降壓變壓器，它使得電力運(yùn)用方面更加多元化，吾人可以如是說，倘無變壓器，則現(xiàn)代工業(yè)實(shí)無法達(dá)到目前發(fā)展的現(xiàn)況。 電壓比 變壓器兩組線圈圈數(shù)分別為 N1 和 N2， N1 為初級， N2 為次級 .在初級線圈上加一交流電壓，在次級線圈兩端就會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢 .當(dāng) N2N1 時，其感應(yīng)電動勢要比初級所加的電壓還要高，這種變壓器稱為升壓變壓器：當(dāng) N2N1 時，其感應(yīng)電動勢低于初級電壓，這種變壓器稱為降變壓器 .初級次級電壓和線圈圈河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 20 數(shù)間具有下列關(guān)系： 式 中 n 稱為電壓比 (圈數(shù)比 ).當(dāng) n1 時，則 N1N2， V1V2，該變壓器為降壓變壓器 .反之則為升壓變壓器 . 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 21 第三章 穩(wěn)壓電源的工作原理及性能指標(biāo) 穩(wěn)壓電源的工作原理 直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器，整流濾波電路及穩(wěn)壓電路所組成。變壓器把市電交流電壓變?yōu)樗枰牡蛪航涣麟?。整流器把交流電變?yōu)橹绷麟?。?jīng)濾波后，穩(wěn)壓器再把不穩(wěn)定的直流電壓變?yōu)榉€(wěn)定的直流電壓輸出。本設(shè)計主要采用直流穩(wěn)壓構(gòu)成集成穩(wěn)壓電路，通過 220V 50HZ 交流電壓經(jīng)電源變壓器降壓后，通過橋式整流 VD1～ VD2 整流成直流電再經(jīng)過濾波 電容 C1 平滑直流電，減少直流電紋波系數(shù)。最后，通過三端集成穩(wěn)壓器 CW7824 穩(wěn)壓，將輸出電壓穩(wěn)定在 24V 左右。 圖 穩(wěn)壓電源 框架圖 穩(wěn)壓電源的主要指標(biāo) 穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)分為兩種：一種是特性指標(biāo)，包括允許的輸入電壓、輸出電壓、輸出電流及輸出電壓調(diào)節(jié)范圍等；另一種是質(zhì)量指標(biāo)，用來衡量輸出直流電壓的穩(wěn)定程度，包括穩(wěn)壓系數(shù)、輸出電阻、溫度系數(shù)及紋波電壓等。這些質(zhì)量指標(biāo)的含義，可簡述如下： . 穩(wěn)壓器質(zhì)量指標(biāo) （ 1）電壓調(diào)整率 SV 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 22 電壓調(diào)整率是表征穩(wěn)壓器穩(wěn)壓性能的優(yōu) 劣的重要指標(biāo)，又稱為穩(wěn)壓系數(shù)或穩(wěn)定系數(shù)，它表征當(dāng)輸入電壓 VI變化時穩(wěn)壓器輸出電壓 VO穩(wěn)定的程度，通常以單位輸出電壓下的輸入和輸出電壓的相對變化的百分比 ）（ %100??? ? OO IVV V表示。 （ 2）電流調(diào)整率 SI 電流調(diào)整率是反映穩(wěn)壓器負(fù)載能力的一項(xiàng)主要自指標(biāo)，又稱為電流穩(wěn)定系數(shù)。它表征當(dāng)輸入電壓不變時，穩(wěn)壓器對由于負(fù)載電流（輸出電流）變化而引起的輸出電壓的波動的抑制能力，在規(guī)定的負(fù)載電流變化的條件下，通常以單位輸出電壓下的輸出電壓變化值的白分比來表示穩(wěn)壓器的電流調(diào)整率（ %100??OOVV） （ 3）紋波抑制比 SR 紋波抑制比反映了穩(wěn)壓器對輸入端引入的市電電壓的抑制能力，當(dāng)穩(wěn)壓器輸入和輸出條件保持不變時，穩(wěn)壓器的紋波抑制比常以輸入紋波電壓峰 峰值與輸出紋波電壓峰 峰值之比表示，一般用分貝數(shù)表示，但是有時也可以用百分?jǐn)?shù)表示，或直接用兩者的比值表示。 （ 4）溫度穩(wěn)定性 集成穩(wěn)壓器的溫度穩(wěn)定性是以在所規(guī)定的穩(wěn)壓器工作溫度 Ti 最大變化范圍內(nèi)（ Tmin≤ Ti≤ Tmax）穩(wěn)壓器輸出電壓的相對變化的百分比值（ %100??OOVV） /Δ T。 . 穩(wěn)壓 器的工作指標(biāo) 穩(wěn)壓器的工作指標(biāo)是指穩(wěn)壓器能夠正常工作的工作區(qū)域，以及保證正常工作所必須的工作條件，這些工作參數(shù)取決于構(gòu)成穩(wěn)壓器的元件性能。 （ 1）輸出電壓范圍 符合穩(wěn)壓器工作條件情況下，穩(wěn)壓器能夠正常工作的輸出電壓范圍，該指標(biāo)的上限是由最大輸入電壓和最小輸入 輸出電壓差所規(guī)定，而其下限由穩(wěn)壓器內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓值決定。 （ 2）最大輸入 輸出電壓差 該指標(biāo)表征在保證穩(wěn)壓器正常工作條件下穩(wěn)壓器所允許的最大輸入－輸出之間的電壓差值，其值主要取決于于穩(wěn)壓器內(nèi)部調(diào)整晶體管的耐壓指標(biāo)。 （ 3）最小輸入 輸出電壓差 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 23 該指標(biāo)表征在保證穩(wěn)壓器正常工作條件下，穩(wěn)壓器所需的最小輸入－輸出之間的電壓差值。 （ 4）輸出負(fù)載電流范圍 輸出負(fù)載電流范圍又稱為輸出電流范圍，在這一電流范圍內(nèi)，穩(wěn)壓器應(yīng)能保證符合指標(biāo)規(guī)范征所給出的指標(biāo)。 3. 極限參數(shù) （ 1）最大輸入電壓 該電壓是保證穩(wěn)壓器安全工作的最大輸入電壓。 （ 2）最大輸出電流 是保證穩(wěn)壓器安全工作所允許的最大輸出電流。 開關(guān)電源的基本工作原理 開關(guān)穩(wěn)壓電源的電路原理框圖 開關(guān)穩(wěn)壓電源的電路原理框圖如圖 所示。 圖 開關(guān)電源電路框圖 交流電壓經(jīng)整流電路及濾波電路整流濾波后，變成含有一定脈動成份的直流電壓，該電壓通過功率轉(zhuǎn)換電路進(jìn)人高頻變換器被轉(zhuǎn)換成所需電壓值的方波，最后再將這個方波電壓經(jīng)整流濾波變?yōu)樗枰闹绷麟妷?。反饋控制電路為脈沖寬度調(diào)制器，它主要由取樣器、比較器、振蕩器、脈寬調(diào)制及基準(zhǔn)電壓等電路構(gòu)成。這部分電路目前己集成化，制成了各種開關(guān)電源專用集成電路?？刂齐娐酚脕碚{(diào)AC DC DC 比較器 脈寬調(diào)制 取樣器 振蕩器 基準(zhǔn)電壓 輸入整流濾波 功率轉(zhuǎn)換電路 高頻變壓器 輸出整流濾波 控制電路 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 24 整高頻開關(guān)元件的開關(guān)時間比例，以達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。 調(diào)寬式開關(guān)穩(wěn)壓電源的基本原 理 開關(guān)穩(wěn)壓電源按控制方式分為調(diào)寬式和調(diào)頻式兩種。在目前開發(fā)和使用的開關(guān)電源電路中，絕大多數(shù)為脈寬調(diào)制型 ,即為 PWM 技術(shù)。 PWM 技術(shù)，全稱脈沖寬度調(diào)制（ Pulse width Modulation,PWM）技術(shù)，是通過對一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制來等效地獲得所需波形（含形狀和幅值）的。 PWM控制技術(shù)主要是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從事測量、通信到功率控制與變換的諸多領(lǐng)域。 PWM開關(guān)穩(wěn)壓電源的基本工作原理就是在輸入電壓、內(nèi)部參數(shù)以及外接負(fù)載變化的情況下，控制電路通 過被控信號與基準(zhǔn)信號的差值進(jìn)行閉環(huán)反饋，調(diào)節(jié)主電路開關(guān)器件的導(dǎo)通脈沖寬度，使得開關(guān)電源的輸出電壓被控制信號穩(wěn)定。 調(diào)寬式開關(guān)穩(wěn)壓電源的控制原理如圖 所示。對于單極性矩形脈沖來說，其直流平均電壓 Uo 取決于矩形脈沖的寬度，脈沖越寬，其直流平均電壓值就越高。直流平均電壓 Uo可由公式 ()計算：