無信號源的自激式激磁電源的原理及設計

闡述了無信號源的、采用維恩電橋振蕩器直接實現(xiàn)功率輸出的激磁電源的設計思想和工作原理，以及核心器件OPA548的性能參數(shù)、電路穩(wěn)幅穩(wěn)頻措施和實際應用中的注意事項。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供電時能夠提供穩(wěn)定的36V／400Hz正弦波電壓，
關鍵詞：維恩電橋振蕩器；無信號源；OPA548；LC串聯(lián)諧振。

0 引言
激磁電源是自整角機、旋轉(zhuǎn)變壓器、感應同步器、感應移相器等微特電機的必備供電電源，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、雷達、自動跟蹤等自動化設備中應用廣泛。傳統(tǒng)的激磁電源的設計，都是采用先設計正弦信號源，再經(jīng)過衰減或放大，然后進行功率放大的模式。這種設計方式由于電路工作環(huán)節(jié)多，導致電路復雜、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、小體積的功率運算放大器的出現(xiàn)，為簡化激磁電源設計，提高設計質(zhì)量提供了可行性。采用功率運放直接組成維恩電橋振蕩電路，通過自激振蕩產(chǎn)生驅(qū)動功率足夠的正弦波。采用這種方式設計的激磁電源，不僅結(jié)構(gòu)簡單、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)實際供電電壓的情況和負載的具體要求，可提供相同頻率的3種不同幅值的正弦波輸出。基于功率運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；對于感性負載，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算放大器作為激磁電源的核心器件，要求能適應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、熱關斷保護、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，基本不受功率運算放大器本身和電源的影響。應選用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：運算放大器并非理想器件，一旦電路上電，運算放大器會產(chǎn)生輸出噪聲，通過反饋網(wǎng)絡R4、C3反饋至運放的同相輸入端，成為輸入信號。由于正反饋作用，形成正弦振蕩，并且振幅逐漸增大，直至接近電源電壓，輸出振幅達到飽和，通過調(diào)節(jié)可變電阻R3改變運放增益，使輸出正弦波幅值達到所要求的范圍。

由巴克豪森判據(jù)可知AB=1是振蕩的臨界條件。其中