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雙T型功率振蕩器用作直流偏置交流源

發布時間:2009-8-10 10:04    發布者:賈延安
關鍵詞: 交流源 , 偏置 , 振蕩器 , 直流
交流測試設備通常需要一種低失真的信號源作待測設備的激勵。常見的辦法是用一臺信號發生器,產生一個低失真的基準信號,將其送入一個功率放大器以驅動待測設備。本設計實例提出了一種較輕便的替代方案。

  圖1是一個振蕩器,它產生一個有功率驅動能力的低失真正弦信號。功率振蕩器主要由兩部分構成:一個雙T型網絡,還有一個大功率低壓降穩壓器。雙T網絡有兩個并聯的T型濾波器:一個低通濾波器和一個高通濾波器。雙T網絡經常被選用于陷波濾波器。低壓降穩壓器作信號放大,驅動負載。此電路中的穩壓器包括一個電流基準的電壓跟隨器結構。它從Set至Out管腳有單位增益,電流基準是一個精密的10μA電流源。Set腳的RSET電阻設定輸出的直流電平。在Out和Set腳之間連接一個雙T型網絡后,得到的陷波濾波器可同時衰減高頻和低頻分量,使中心頻率順利通過。電阻與電容確定了中心頻率 f0:f0=1/(2pRC)。

  對雙T網絡的小信號分析表明,中心頻率處的增益為最大值。當K因數從2增加到5時,雙T振蕩器的最大增益從1增長到1.1(圖2)。當K因數大于5時,最大增益下降。因此,增益大于單位增益時,K因數要選擇為3~5之間。環路增益必須是單位增益,以保持振蕩的穩定。所以,需要一個電位計來調節環路增益,控制振蕩幅度。




圖1,此振蕩器生成一個有功率驅動能力的低失真正弦信號。圖2,雙T網絡的增益隨圖1中的K值而改變。

  雙T振蕩器可以驅動感性、容性或阻性負載。低壓降穩壓器的電流限制(凌力爾特技術公司的LT3080是1.1A)是振蕩器驅動能力的唯一限制因素。負載特性限制了最大可編程頻率。例如,一個有4.7μF輸出電容的10Ω阻性負載在高于8kHz頻率時會造成7%的THD(總諧波失真),雖然圖3電路中在400 Hz時THD是0.1%。雙T振蕩器的線路調節與負載調節特性與LT3080相同。它亦可工作在寬的溫度范圍內。

  為了實現增益的自動調節,可以用一只燈泡替代電位計(圖3),或采用一支電壓調制的阻性MOSFET(圖4)。由于自發熱效應,燈泡的電阻隨振蕩幅度而升高,因此用于控制環路增益,維持振蕩。圖4中通過一個齊納二極管檢測峰值電壓,當振幅增大時,MOSFET的電阻下降。環路增益亦減少,以維持振蕩。




圖3,用一個燈泡代替電位計可以實現增益自動控制
圖4,用一個電阻可變的MOSFET代替電位計,可以實現增益的自動控制。

  圖5給出了使用燈泡時雙T振蕩器的測試波形。5V直流偏壓時輸出調在4V 峰峰值電壓(圖6)。雙T振蕩器頻率為400 Hz,0.1% THD。最大的諧波貢獻來自于小于4 mV峰峰值的二次諧波。圖6是使用MOSFET的雙T振蕩器測試波形。THD為1%,有40 mV 峰峰值的二次諧波。



圖5,圖3振蕩器的測試波形顯示0.1% THD的低失真。圖6,圖4振蕩器的測試波形顯示1% THD的低失真。

圖7,圖3電路的波形顯示,燈泡振蕩器的起振緩慢。圖8,T圖4電路的波形顯示,MOSFET振蕩器的起振快速。

  振蕩器的起振是另一個重要問題。兩種電路都沒有低頻擺動,這在其它種類振蕩器中很常見。圖7和圖8的波形幾乎沒有過沖。使用MOSFET的振蕩器要比使用燈泡的振蕩器穩定更快,因為燈泡有加熱效應,熱常數更大。對于需要低失真和功率驅動能力的應用,可以將簡單電路作為直流偏置的交流源。
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