400Hz中频电源的硬件原理与设计论文.pdfVIP

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。

RIR2

3.3k2.7K

0UIAUIBUICA

Ci1O-21YI23O-41O2

0.01ufXTAL

上工台40694MHz40694069

C2

0.0luf

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

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

行计数或分配器。如图3-3所示。

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