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用作直流偏置交流源的双T型功率振荡电路设计
接线图
2023年05月15日 20:29 319
admin
交流测试设备通常需要一种低失真的信号源作待测设备的激励。常见的办法是用一台信号发生器，产生一个低失真的基准信号，将其送入一个功率放大器以驱动待测设备。本设计实例提出了一种较轻便的替代方案。
图1是一个振荡器，它产生一个有功率驱动能力的低失真正弦信号。功率振荡器主要由两部分构成：一个双T型网络，还有一个大功率低压降稳压器。双T网络有两个并联的T型滤波器：一个低通滤波器和一个高通滤波器。双T网络经常被选用于陷波滤波器。低压降稳压器作信号放大，驱动负载。此电路中的稳压器包括一个电流基准的电压跟随器结构。它从Set至Out管脚有单位增益，电流基准是一个精密的10μA电流源。Set脚的RSET电阻设定输出的直流电平。在Out和Set脚之间连接一个双T型网络后，得到的陷波滤波器可同时衰减高频和低频分量，使中心频率顺利通过。
对双T网络的小信号分析表明，中心频率处的增益为最大值。当K因数从2增加到5时，双T振荡器的最大增益从1增长到1.1（图2）。当K因数大于5时，最大增益下降。因此，增益大于单位增益时，K因数要选择为3~5之间。环路增益必须是单位增益，以保持振荡的稳定。所以，需要一个电位计来调节环路增益，控制振荡幅度。
图1，此振荡器生成一个有功率驱动能力的低失真正弦信号。图2，双T网络的增益随图1中的K值而改变。
双T振荡器可以驱动感性、容性或阻性负载。低压降稳压器的电流限制是振荡器驱动能力的唯一限制因素。负载特性限制了最大可编程频率。例如，一个有4.7μF输出电容的10Ω阻性负载在高于8kHz频率时会造成7%的THD，虽然图3电路中在 400 Hz时THD是0.1%。双T振荡器的线路调节与负载调节特性与LT3080相同。它亦可工作在宽的温度范围内。
为了实现增益的自动调节，可以用一只灯泡替代电位计，或采用一支电压调制的阻性MOSFET。由于自发热效应，灯泡的电阻随振荡幅度而升高，因此用于控制环路增益，维持振荡。图4中通过一个齐纳二极管检测峰值电压，当振幅增大时，MOSFET的电阻下降。环路增益亦减少，以维持振荡。
图3，用一个灯泡代替电位计可以实现增益自动控制 图4，用一个电阻可变的MOSFET代替电位计，可以实现增益的自动控制。
图5给出了使用灯泡时双T振荡器的测试波形。5V直流偏压时输出调在4V 峰峰值电压（图6）。双T振荡器频率为400 Hz，0.1% THD。最大的谐波贡献来自于小于4 mV峰峰值的二次谐波。图6是使用MOSFET的双T振荡器测试波形。THD为1%，有40 mV 峰峰值的二次谐波。
图5，图3振荡器的测试波形显示0.1% THD的低失真。图6，图4振荡器的测试波形显示1% THD的低失真。
图7，图3电路的波形显示，灯泡振荡器的起振缓慢。图8，T图4电路的波形显示，MOSFET振荡器的起振快速。
振荡器的起振是另一个重要问题。两种电路都没有低频摆动，这在其它种类振荡器中很常见。图7和图8的波形几乎没有过冲。使用MOSFET的振荡器要比使用灯泡的振荡器稳定更快，因为灯泡有加热效应，热常数更大。对于需要低失真和功率驱动能力的应用，可以将简单电路作为直流偏置的交流源。
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