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１ＳＳＮ ｌｏｏ２—４９５６ 实验技术与管理 第２３卷第１１期２００６年１１月 Ｃ ｌ１—２０３４／Ｔ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｖｏ１．２３ Ｎｏ．１１ Ｎｏｖ．２００６ 一种适用于实验教学的４００ Ｈｚ电源电路设计 侯震，杨建华 （西北工业大学自动化学院，西安７１００７２） 摘要：中频电源作为一种常用的测试设备，被广泛的应用于生产和教学实践中。针对实验教学使用的特 点，在设计该电源电路时，除了满足设计指标要求外，着重考虑了其成本的低廉和日常维护的方便。该文 全面阐述了一种已经成功应用于实际教学实验的４００ Ｈｚ陀螺三相电源电路，给出了详尽的理论推导过程。 电路组成简洁新颖，易于维护。 关键词：三相电源；正弦波发生器；陀螺仪 中图分类号：Ｇ６４２．４２３ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００２－４９５６（２００６）１１－００５９－０３ ４００ Ｈｚ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｃｉｒｃｕｉｔ ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｔｅａｃｈｉｎｇ ＨＯＵ Ｚｈｅｎ，ＹＡＮＧ Ｊｉａｎ—ｈｕａ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ ７ １００７２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｉｎｓｔｕｍｅｎｔｓ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｖａｒｉｏｕｓ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｓ ａｎｄ ｅｘｐｅｒ－ ｉｍｅｎｔｌａ ｔｅａｃｈｉｎｇ．Ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｉｓ ｄｅｓｉｎｇｎｅｄ，ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｓａｔｉｓｆｙｉｎｇ ｒｅｑｕｅｓｔｓ ｂｕｔ ａｌｓｏ ｔｈｉｎｋｉｎｇ ｐｒｉｃｅ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ａ ｋｉｎｄ ｏｆ ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｃｉｒｃｕｉｔ ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｔｅａｃｈｉｎｇ．Ｉｔ ｉｓ ｐｒｏｖｅｄ ｃｒｅｄｉｂｌｅ ａｆｔｅｒ ｌｏｎｇ ｐｅｒｉｏｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．Ｃｏｍｐｏｓｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｉｓ ｃｏｍｐａｃｔ ａｎｄ ｉｓ ｐｒｏｎｅ ｔｏ ｍａｉｎ－ ｔｅｎａｎｃｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅ ｐｏｗｅｒ；ｓｉｎｅ ｗａｖｅ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ；ｇｙｒｏ 陀螺仪作为一种用来指示运载体的姿态和方 确定了陀螺电源的基本技术指标如下：工作电压 向的指示仪表已经被非常广泛地应用于航空、航 ３６ Ｖ士１ Ｖ（三相交流，线电压），工作电流０．２ 天和航海等很多军事及民用领域内。为了保证陀 Ａ，启动电流１．２ Ａ，工作频率４００ Ｈｚ，输出波形 螺仪安全可靠的工作，在装机之前必须进行严格 为正弦波（包络）。 的系统测试，陀螺电源就成为其中不可缺少的测 由技术要求 ＝Ｕ ＝Ｕ ＝３６ Ｖ可知， ＝ 试用设备。 ｒ， 目前市场上出售的三相４００ Ｈｚ陀螺电源，电 ＝ ＝ 一２０．８。波形要求为 ＝Ａｓｉｎｔｏｔ， √ｌｊ 路复杂、容易损坏并且售价高昂。本文针对实验 ＝２ ，则Ａ＝√２ｕａ一３０ Ｖ。 教学使用的特点设计的三相电源电路巧妙地将移 电路的模块组成如图１所示。 相电路和加法器相结合，电路组成简洁新颖，易 于调试维护，整套电源的造价不到２００元人民 币，对于指标要求不是非常苛刻的场合不失为一 ｒ一一ｌ ｒ＿・一１ 种很好的选择。本电源已经在陀螺特性实验中实 功率放大电路 际使用。 １ 电路构成 Ｉ＿一 ：一里 正弦波发生器 依据Ｔｃ＿３型航空用垂直陀螺电机的特性， 育流稳压源 收稿日期：２００６－０３－０６ 图１ 电路结构框图 作者简介：侯震（１９７６一），男，陕西省咸阳市人，工程师。主要 从事检测技术与自动装置方面的研究． 维普资讯 http://www.cqvip.com
实验技术与管理 正弦波信号发生器是一个没有输入信号的带选 频网络的正反馈放大器。要使其产生持续振荡必须 满足振幅平衡条件和相位平衡条件。即：ＡＦ＝１和 口＋ 厂＝２ｎ＇ｒｒ，扎＝０，１，２……ｏ 上面的振幅平衡条件，是指振荡器已经进入稳 态振荡而言的。要想使振荡器能自行建立振荡，就 必须满足ＡＦ＞１条件。这样，在接通电源后，振 荡器就有可能自激，最后通过稳幅电路的作用趋于 图２结构框图 稳态平衡。 １．１发生器电路设计 如图２、图３所示，移相器采用一阶移相器。 一阶移相器的移相角最大可接近１８０。。两级移相 器分别对 和 进行了１２０。的相移，这样就满足 了陀螺电源三相输出的相位相差１２０。的要求。同 时，经过加法器和反向器后再进行了１２０。的相移， 从而满足了正弦波发生器的相位平衡条件。电路图 如图４所示。 图３一阶移相器电路 图４正弦波发生器电路 图中，Ｒ２＝Ｒ５＝Ｒ，Ｃ１＝Ｃ２＝Ｃ，Ｒ１＝Ｒ３＝ －ｓＲ４＝Ｒ６，Ｒ７＝Ｒ８＝Ｒ１０。 ）＝ 一［（１…Ｒ…Ｃ］＋（ ） 】 按照电路的工作原理，画出系统结构图进行分 ２（１一ｓＲＣ） 一 析，见图５。 （１＋ｓＲＣ） 。 用ｓ＝如，得环路增益 一 一 ＋跏ＲＣ 。 图Ｓ电源系统结构图 当不加入输入信号时，即Ｖｉ（ｓ）＝０。对于一 一阶移相器Ａ （ｓ）＝ 等＝１而－ｓＲＣ＝Ａ：（ｓ），可以得 ２ （＋１ 薷Ｒ Ｃ ） ’ （、 １） 到，电路总的传递函数 维普资讯 http://www.cqvip.com
侯震，等：一种适用于实验教学的４００Ｈｚ电源电路设计 ６１ ２ －０ｎ （２） 在运算放大器的负反馈回路里引入了ＰＣ８１７光电 耦合器件，如图４所示，来自动调整反馈的强弱， 从而达到维持输出电压恒定的目的。 １．２功率放大电路 由（２）式可得 ３一 ｃ ＝０ ＝ ４３， 由（１）式可得 一运算放大器的工作电流非常微小，无法直接与 负载连接，需要加入功率放大电路来满足设计指标 的要求。电源的三相功放电路是一样的，以Ａ相 ２（１—３ｔｏ Ｒ Ｃ ）＝（１＋ Ｒ Ｃ ） ３ 。 为例介绍，见图６。 当 ＝ 时，等式成立。即，当 ＝ 时，电路 满足幅值条件，同时也满足相位条件。则正弦波发 生器的振荡频率， 。技术指标要求，＝４ｏｏ Ｈｚ，当选取Ｒ＝３１３ ｋ，Ｃ＝２２００ ＰＦ，频率ｆ＝ 专 ：４ｏｏ Ｈｚ ｏ 图６功放电路 另外，容易验证当 时，电路中的移相 如图所示，Ｄｌ和Ｄ２是起保护作用的。通过 器的移相角正好为１２０。。在电路图中的加法器部 调整尺Ｉ和 的阻值便可获得需要的输出电压。 分，从运放两端电阻平衡的要求出发，选取Ｒ９＝ ／ｔ７／／Ｒ８／／Ｒ１０。电路中的运算放大器选用的是四 ２指标测试 级运放，为避免干扰，将剩下不用的一级运放的两 经使用更高一级的设备测试得到本电源的指标 个输入端短路接地。 见表１。 为了进一 地改善输出电压幅度的稳定问题， 表１实测电源指标 ３结束语 参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）： 上面对电源电路进行了详细的介绍。这里需要 ［１］以光衢．惯性导航原理［Ｍ］．北京：航空工业出版社，１９８７． 强调的是，在制作电源的时候还应该考虑到很多其 ［２］崔中兴．惯性导航系统［Ｍ］．北京：国防工业出版社，１９８２． 他方面的因素，比如，元器件的选取、ＰＣＢ板的 ［３］康华光．电子技术基础［Ｍ］．第三版．北京：高等教育出版 社。１９９５． 布线、电源的散热等等许多问题。如果忽视了这些 ［４］孙肖子．电子线路基础［Ｍ］．西安：西安电子科技大学出版 方面，电源的输出品质将会受到很大的影响甚至无 社，１９９６． 法正常工作。由本文介绍的电路制作的陀螺电源已 ［５］曲学基．稳定电源基本原理与工艺设计［Ｍ］．西安：电子工业 经应用于实际教学实验中，实践证明，这是一种完 出版社，２００４． 全满足设计要求并且可靠、经济、易调试的三相电 ［６］冷惠文，侯霞，王东兴．一种三相电源相序与断相自动检测电 路［Ｊ］．电测与仪表，２００３，４０（５）：３５－３８． 源电路，非常适合实验教学使用。本电路的设计思 想也可推广到其它相关的电源电路设计中。
