0 引言
    激磁電源是自整角機,、旋轉(zhuǎn)變壓器,、感應(yīng)同步器、感應(yīng)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(dǎo)、雷達、自動跟蹤等自動化設(shè)備中應(yīng)用廣泛,。傳統(tǒng)的激磁電源的設(shè)計,，都是采用先設(shè)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(shè)計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,、小體積的功率運算放大器的出現(xiàn),，為簡化激磁電源設(shè)計，提高設(shè)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(shè)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?；诠β蔬\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(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,、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(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(luò)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

    因此,，維恩電橋自激振蕩要滿足增益A>3的要求。

    0PA548有限流控制端,，將該端通過限流電阻接到負電源端可以設(shè)置電流大小,。限流電阻R1為

    式中：I為OPA548所限制的由R1決定的輸出電流(O    
    該振蕩電路采用雙向穩(wěn)壓二極管穩(wěn)幅方式,，如圖2所示，D7為雙向穩(wěn)壓二極管,，型號為2CW234．在運放反饋輸入端接入以穩(wěn)定振幅,。D7是穩(wěn)定正弦波幅度的關(guān)鍵器件，其自身的溫度穩(wěn)定性一定要好,，應(yīng)選用工業(yè)級以上的低溫漂產(chǎn)品,。經(jīng)實際檢測，其中頻率波動≤±lHz,，電壓波動≤±1％,，波形失真度≤l％。為了便于觀察電路是否起振,，設(shè)計了LED振蕩指示電路,。電路振蕩時，正弦波信號通過電阻Rs,、電容C4驅(qū)動發(fā)光二極管D5發(fā)光,。C4起隔直作用，保證電路未起振時D5為熄滅狀態(tài),。

1．3 反相輸出及LC串聯(lián)諧振
    功率正弦波振蕩器輸出電壓的幅值,，與振蕩器供電電壓密切相關(guān)。通常自動控制系統(tǒng)使用的激磁電源有效值為36 v或26 v,，若要產(chǎn)生有效值為36V的激磁電源,，則正弦波的峰-峰值為使用單級運放則至少需要±5l v的電源輸入范圍。

    如果使用±30v雙電源供電,，由0PA548構(gòu)成的振蕩器最高可以提供有效值為21 v的激磁電源,，經(jīng)過反相疊加后，可以提供有效值為26v或36 v的激磁電源,。但對于只提供常規(guī)低電壓供電的系統(tǒng),，如±15 v供電的系統(tǒng)，就無法提供有效值為26v或36v的激磁電壓,，這時可以采用LC串聯(lián)諧振的方式使電壓有效值升到36v,，等效電路
如圖3所示。

    圖3中L是旋轉(zhuǎn)變壓器的電感,，C是串聯(lián)電容,，R是電路的總電阻，即R=RL+RC(RL和RC分別為電感元件和電容元件的電阻),；US為激磁電源,，相當(dāng)于圖2中輸出1與輸出2之間輸出的激磁電源，ω為電源角頻率,。電路輸入阻抗Z為

    完全諧振時,，電感兩端電壓有可能超過額定電壓,，可調(diào)節(jié)R3使輸出電壓有效值
為36V。

1．4電路保護措施
    理想狀態(tài)下,，LC串聯(lián)諧振電路完全諧振時電感和電容兩端電壓大小相等,，相位相反，互相抵消,。但實際元件并不能使電路達到完全諧振狀態(tài),，那么功率運放輸出端的電壓有可能在正弦峰值時超出電源電壓，損壞功率運放,。通過兩個鉗位二極管對低內(nèi)阻的電源放電,，以防止意外的峰值電壓造成損壞。二極管采用超快恢復(fù)二極管,，其連續(xù)電流應(yīng)大于功率運放峰值電流,，反向耐壓值應(yīng)至少為電源電壓的兩倍，電路設(shè)計中選用的是HER604(6A／300V),。]

2 應(yīng)注意的問題
    圖2中R2與R3的參數(shù)特別是溫度系數(shù)要一致,，否則，在高溫和低溫時,，有可能出現(xiàn)振蕩器不起振,，或者振蕩波形失真的現(xiàn)象。電路調(diào)整完畢,，R3的調(diào)整值最好換成相同阻值的固定金屬膜電阻，以減小阻值漂移引起激磁電源參數(shù)變化的可能性,。穩(wěn)壓二極管對激磁電源電路的輸出電壓的穩(wěn)定性影響較大,，需要選擇溫漂小的雙向穩(wěn)壓二極管，最好選用帶溫度補償?shù)姆€(wěn)壓二極管,。這樣即使電源電路長期連續(xù)工作,，其輸出的正弦波頻率及電壓參數(shù)以及波形失真度仍能滿足使用要求，保證應(yīng)用激磁電源的系統(tǒng)的精度,。

3 結(jié)語
    無信號源的自激式激磁電源的設(shè)計,，突破了傳統(tǒng)的激磁電源的設(shè)計理念，減少了設(shè)計環(huán)節(jié),，簡化了電源結(jié)構(gòu),，降低了電路成本，提高了可靠性,。經(jīng)實際應(yīng)用,，能夠長期穩(wěn)定地工作，輸出電壓的頻率和幅值穩(wěn)定精度高,。特別是功率運放反相驅(qū)動和LC串聯(lián)諧振原理的應(yīng)用,，使一套振蕩器電路可以同時輸出3種不同幅值的正弦波電壓,，能夠滿足不同的使用需求。體積小,，功能全,，適應(yīng)性強，應(yīng)用廣泛,。