無信號(hào)源的自激式激磁電源的原理及設(shè)計(jì)

闡述了無信號(hào)源的、采用維恩電橋振蕩器直接實(shí)現(xiàn)功率輸出的激磁電源的設(shè)計(jì)思想和工作原理，以及核心器件OPA548的性能參數(shù)、電路穩(wěn)幅穩(wěn)頻措施和實(shí)際應(yīng)用中的注意事項(xiàng)。介紹了通過反相疊加和LC串聯(lián)諧振提高電壓幅值的電源工作方式，使電路在±15v供電時(shí)能夠提供穩(wěn)定的36V／400Hz正弦波電壓，
關(guān)鍵詞：維恩電橋振蕩器；無信號(hào)源；OPA548；LC串聯(lián)諧振。

0 引言
激磁電源是自整角機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器、感應(yīng)移相器等微特電機(jī)的必備供電電源，也是分解器數(shù)字轉(zhuǎn)換器(RDC)模塊的主要電源之一，在慣導(dǎo)、雷達(dá)、自動(dòng)跟蹤等自動(dòng)化設(shè)備中應(yīng)用廣泛。傳統(tǒng)的激磁電源的設(shè)計(jì)，都是采用先設(shè)計(jì)正弦信號(hào)源，再經(jīng)過衰減或放大，然后進(jìn)行功率放大的模式。這種設(shè)計(jì)方式由于電路工作環(huán)節(jié)多，導(dǎo)致電路復(fù)雜、效率低、成本高，溫度穩(wěn)定性不好，可靠性下降。高電壓、大電流、小體積的功率運(yùn)算放大器的出現(xiàn)，為簡(jiǎn)化激磁電源設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量提供了可行性。采用功率運(yùn)放直接組成維恩電橋振蕩電路，通過自激振蕩產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)功率足夠的正弦波。采用這種方式設(shè)計(jì)的激磁電源，不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，并且失真度小，具有穩(wěn)頻、穩(wěn)幅功能和良好的低溫漂性能。

1 直接振蕩式激磁電源電路組成及工作原理
圖1是自激式激磁電源原理框圖，根據(jù)實(shí)際供電電壓的情況和負(fù)載的具體要求，可提供相同頻率的3種不同幅值的正弦波輸出?；诠β蔬\(yùn)放的維恩電橋振蕩器產(chǎn)生基本的正弦波輸出；經(jīng)過功率運(yùn)放反相后，從其輸出端和反相輸入端可得到幅值疊加為基本正弦波幅值2倍的頻率相同的正弦波輸出；對(duì)于感性負(fù)載，可通過串聯(lián)諧振電容，利用LC串聯(lián)諧振原理得到更高幅值的輸出。

1．1核心器件的選用
構(gòu)成維恩電橋的功率運(yùn)算放大器作為激磁電源的核心器件，要求能適應(yīng)較寬的電源電壓范圍，并能輸出較大電流，具備良好的低溫漂特性。綜合考慮性能、體積參數(shù)，選用了BB公司的高電壓大電流功率運(yùn)放OPA548(TO-220-7封裝)，可單、雙電源供電，雙電源供電范圍為±4～±30V，連續(xù)工作輸出電流3A(峰值5A)，在環(huán)境溫度-40度～+85度范圍內(nèi)輸入電壓溫度漂移為±30µV／℃，并具備輸出使能控制、熱關(guān)斷保護(hù)、電流限制可調(diào)等功能。

1．2 振蕩器穩(wěn)幅穩(wěn)頻工作原理
維恩電橋振蕩器及其反相驅(qū)動(dòng)電路如圖2所示。振蕩頻率由R1、R4、C1、C3決定，基本不受功率運(yùn)算放大器本身和電源的影響。應(yīng)選用1／1000精度的金屬膜電阻和高性能的聚酯電容以保證頻率穩(wěn)定。自激振蕩器工作原理：運(yùn)算放大器并非理想器件，一旦電路上電，運(yùn)算放大器會(huì)產(chǎn)生輸出噪聲，通過反饋網(wǎng)絡(luò)R4、C3反饋至運(yùn)放的同相輸入端，成為輸入信號(hào)。由于正反饋?zhàn)饔?，形成正弦振蕩，并且振幅逐漸增大，直至接近電源電壓，輸出振幅達(dá)到飽和，通過調(diào)節(jié)可變電阻R3改變運(yùn)放增益，使輸出正弦波幅值達(dá)到所要求的范圍。

由巴克豪森判據(jù)可知AB=1是振蕩的臨界條件。其中