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、電路穩幅穩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串聯諧振。

0 引言
激磁電源是自整角機、旋轉變壓器、感應同步器、感應移相器等微特電機的必備供電電源，也是分解器數字轉換器(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。傳統的激磁電源的設計，都是采用先設計正弦信號源，再經過衰減或放大，然后進行功率放大的模式。這種設計方式由于電路工作環節多，導致電路復雜、效率低、成本高，溫度穩定性不好，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，為簡化激磁電源設計，提高設計質量提供了可行性。采用功率運放直接組成維恩電橋振蕩電路，通過自激振蕩產生驅動功率足夠的正弦波。采用這種方式設計的激磁電源，不僅結構簡單、成本低，并且失真度小，具有穩頻、穩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生基本的正弦波輸出；經過功率運放反相后，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，可通過串聯諧振電容，利用LC串聯諧振原理得到更高幅值的輸出。

1．1核心器件的選用
構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，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，連續工作輸出電流3A(峰值5A)，在環境溫度-40度～+85度范圍內輸入電壓溫度漂移為±30µV／℃，并具備輸出使能控制、熱關斷保護、電流限制可調等功能。

1．2 振蕩器穩幅穩頻工作原理
維恩電橋振蕩器及其反相驅動電路如圖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，運算放大器會產生輸出噪聲，通過反饋網絡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，通過調節可變電阻R3改變運放增益，使輸出正弦波幅值達到所要求的范圍。

由巴克豪森判據可知AB=1是振蕩的臨界條件。其中