400Hz中频电源的硬件原理与设计论文.docxVIP

1引言

400Hz中频电源，可广泛应用于舰艇，飞机及机载设备以及工业控制设备，例如，旋转变压器是一种信号检测设备，通过角度的改变，可实现输出电压的改变，进而为控制设备提供控制信号。利用400Hz中频电源给旋转变压器供电，可以实现系统电信号的控制，将非电量转变成了电量。

在航天航空设备中，中频电源性能的优劣和可靠性将决定着航行器的安全行驶与战斗力的发挥。新型中频电源自动控制系统具有电路简单，可以实现复杂的控制，控制灵活且具有通用性的优点。当电源本身特性发生变化时候，完全可以通过对软件参数进行修改来对电路进行改动，可以为进一步实现集中控制带来方便。采用新型数字控制系统后，中频电源具有启动平稳、运行稳定、控制精度高、调试与维修方便、体积小等优点。

2设计要求

(1)实现输出频率为稳定的400Hz正弦波。

(2)输出波形没有明显失真。

(3)输出电压为25V～65V连续可调(有效值)。

3400Hz中频电源的硬件原理与设计

4MHz信号基准电源，通过分频电路进行分频得到400Hz的信号，经过积分电路将方波转化为正弦波，为提高电压的幅值还要经过放大电路进行放大，再通过升压变压器使最后的输出电压的有效值在25V～65V之间。通过检波电路得到直流电压，AD采集首先将模拟信号转变成数字信号后，再将采集到的电压值送到单片机中，最后通过单片机送到数码管显示电压，为保证放大电路中TDA7294的正常工作，单片机控制系统还通过稳压电路为其提供电压。

中频电源设计原理流程图如图3-1所示。

振荡电路

振荡电路分频电路积分电路放大电路

图3-1400Hz中频电源设计原理流程

3.1振荡电路

为得到频率稳定性很高的振荡信号，多采用由石英晶体组成的石英晶体振荡器。石英晶体的电路符号及振荡电路如图3-2所示。

R2

R2

2.7K

10V

UIB

CI

3

0.01uf

4069

GND

C2

0.01uf

Y

XTAL

4MHz

RI

3.3k

UICA

4059

UIA

4069

1

图3-2振荡电路

在石英晶体两个管脚加交变电场时，它将会产有利于一定频率的机械变形，而这种机械振动又会产生交变电场，上述物理现象称为压电效应。一般情况下，无论是机械振动的振幅，还是交变电场的振幅都非常小。但是，当交变电场的频率为某一特定值时，振幅骤然增大，产生共振，称之为压电振荡。这一特定频率就是石英晶体的固有频率，也称谐振频率。

石英晶体的选频特性非常好，串联谐振频率fs也极为稳定，且等效品质因数Q值很高。只有频率为fs的信号最容易通过，而其他频率的信号均会被晶体所衰减。

电路中并联在两个反相器4069输入，输出间的电阻R的作用是使反相器工作在线性放大区，R的阻值分别为3.3k和2.7k。电容C?用于两个反相器间的耦合，而C?的作用，则是抑制高次谐波，以保证稳定的频率输出。电容C?的选择应使2πRC?fs≈1,从而使RC?并联网络在fs处产生极点，以减少谐振信号损失。C?的选择应使C?在频率为fs时的容抗可以忽略不计。

电路的振荡频率仅取决于石英晶体的串联谐振频率fs,而与电路中的R,C的数值无关。这是因为电路对fs频率所形成正反馈最强而易于维持振荡。

为了改善输出波形，增强带负载的能力，通常在振荡器的输出端再加一级反相器4069。输入的信号为4MHz,这样输出的信号频率为4MHz。

3.2分频电路

3.2.1CD4024分频器

然后进入CD4024分频器。CD4024是多位二进制输出串行计数器，它是7位的串行计数或分配器。如图3-3所示。

…382288UI

…382288

UI

12

C1.K

11

9

RST

6

5

4

32KHz

4024

R4

-330

CLK

RST

Q6

Q7

Q3

4

Q5

4

4096KHz

1Q21

Q2

R3

330

4KHz

U2

4024

2

2

9

图3-3CD4024分频器

是由D型触发器组成的二进制计数器。多位二进制计数器主要用于分频和定时，使用极其简单和方便。

CD4024特点是IC内部有7个计数级，每个计数级均有输出端子，即Q1～Q7.CD4024计数工作时，Q1是CP脉冲的二分频；Q2又是Q1输出的二分频；Q3又是Q2输出的二分频……所以有fg?=f?cp。

所以进入CD4024的信号4096KHz在Q1端输出的信号为2048KHz,在Q2端输出的信号为1024KHz,在Q3端输出的信号为512KHz,在Q4端输出的信号为256KHz,在Q5端输出的信号为128KHz,在Q6端输出的信号为6