高頻振蕩電路自動控制空氣加濕器加濕量

1、高頻振蕩電路自動控制空氣加濕器加濕量正反饋放大器產(chǎn)生振蕩的條件是,式?jīng)]有考慮電子器件的非線性,亦即假定晶體管放大器是工作于小信號線性放大狀態(tài),它的放大倍數(shù)為常數(shù)。事實(shí)上放大器的增益是振幅的函數(shù)。因?yàn)橛捎谧越o偏壓的作用,振蕩器起振后,隨著振蕩幅度的不斷增大,放大器便由線性工作的甲狀態(tài)迅速過渡到非線性的甲乙類以及丙類工作狀態(tài)。這時(shí)晶體管就是非線性器件。為了反映這種非線性器件的工作特點(diǎn),引入準(zhǔn)直線性理論的平均放大倍數(shù)八的概念。我們定義負(fù)載諧振阻抗上基波電壓。與基極輸入電壓之比稱為平均電壓放大倍數(shù),即八紙八幻式中八0為小信號線性放大倍數(shù);幻為余弦脈沖分解系數(shù)。對于乙類工作狀態(tài)。這就是說,振蕩器在起振之

2、后,隨著振幅的不斷增長,使振蕩管的工作狀態(tài)逐漸向乙類以至丙類過渡,因而八值也不斷下降。至于反饋系數(shù)?完全是由無源線性網(wǎng)絡(luò)所決定的比例系數(shù),與振蕩幅度的大小無關(guān)。由于放大器的放大倍數(shù)隨著振幅的增大而下降,如果電路只是剛好滿足八0化1,那么經(jīng)放大選頻后的信號仍然只能維持在很低的電平上。這樣具有頻率為代的信號雖然存在,但卻淹沒在同樣電平的噪聲中,而得不到所需的一定強(qiáng)度的振蕩輸出。因此,要維持一定振幅的振蕩,反饋系數(shù)就應(yīng)設(shè)計(jì)的大一些。一般。這樣就可以在八的情況下起振,而后隨著振幅的增強(qiáng),就向六過渡。直到振幅增大到某一程度,出現(xiàn)時(shí),振蕩就達(dá)到平衡狀態(tài)。因此振蕩器的起振條件為八,平衡條件為他二。即八。由振

3、幅平衡條件可以確定振蕩器的振幅,由相位平衡條件可以確定振蕩器的頻率。上面所討論的振蕩平衡條件只能說明振蕩能在某一狀態(tài)平衡,但還不能說明這平衡狀態(tài)是否穩(wěn)定。平衡狀態(tài)只是建立振蕩的必要條件,但還不是充分條件。已建立的振蕩能否維持,還必須看平衡狀態(tài)是否穩(wěn)定。穩(wěn)定條件也分為振幅穩(wěn)定與相位穩(wěn)定兩種。1振幅平衡的穩(wěn)定條件 圖3-29 軟自激的振蕩特性如圖3-29畫出了放大倍數(shù)八和反饋系數(shù)的倒數(shù)1隨振幅的變化曲線。兩者相交的交點(diǎn)0就是振蕩器的振幅平衡點(diǎn)。在平衡點(diǎn)附近,放大倍數(shù)隨振幅的變化特性具有負(fù)的斜率,即八廣表示平衡點(diǎn)的振幅穩(wěn)定條件。一般只要偏置電路和反饋網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)正確,則為一條單調(diào)下降曲線。2相位平衡的穩(wěn)

4、定條件相位穩(wěn)定條件和頻率穩(wěn)定條件實(shí)質(zhì)是一回事。如果由于某種原因,相位平衡遭到破壞,產(chǎn)生了一個(gè)很小的相位增量么9,并且假定所產(chǎn)生的是一個(gè)正的增量厶,這就意味著反饋電壓超前于原來的輸入電壓一個(gè)相角。相位超前意味著周期縮短,即頻率不斷的提高。即厶厶中。為了保持振蕩器相位平衡點(diǎn)穩(wěn)定,振蕩器本身應(yīng)具有恢復(fù)相位平衡的能力。故振蕩器電路應(yīng)能夠產(chǎn)生一個(gè)新的相位變化,以抵消外因引起的厶變化,故相位穩(wěn)定條件為3中。如圖3-29:因而IX并聯(lián)諧振回路不僅決定振蕩頻率的主要角色,而且是穩(wěn)定振蕩頻率的機(jī)構(gòu)。 圖3-30 并聯(lián)諧振回路的相頻特性(1反饋性LC振蕩器按照反饋耦合元件可以分成:互感耦合振蕩器、電感反饋式振蕩器

5、與電容反饋式振蕩器等。關(guān)于集電極電源與基極偏置電源的供給方式為振蕩器的集電極直流電源可采用串聯(lián)饋電與并聯(lián)饋電兩種。為了兼顧起振過程和振蕩建立后的穩(wěn)定平衡,振蕩器都采用自偏壓電路。基于后面的硬件設(shè)計(jì)這里以電容反饋式三端式振蕩器為例,如圖3-30: 圖3-31電容三端振蕩器等效電路電容三端振蕩器的優(yōu)點(diǎn)是輸出波形較好,這是因?yàn)榧姌O和基極電流可通過對諧波為低阻抗的電容支路回到發(fā)射極,所以高次諧波的反饋減弱,輸出的諧波分量減小,波形更接近于正弦波。其次該電路中的不穩(wěn)定電容(分布電容和器件的結(jié)電容都是與該電路并聯(lián)的,因此適當(dāng)加大回路電容量就可以減弱不穩(wěn)定因素對振蕩頻率的影響,從而提高了頻率穩(wěn)定度。最后當(dāng)

6、工作頻率較高時(shí),甚至可以只利用器件的輸入輸出電容作為回路電容。因而本電路適用于較高的工作頻率。這種電路的缺點(diǎn)是調(diào)01或02來改變振蕩頻率時(shí)反饋系數(shù)也將改變。但只要在兩端并上一個(gè)可變電容器,并令01和02為固定電容,則在調(diào)整頻率時(shí)基本上不會影響反饋系數(shù)。經(jīng)驗(yàn)證明01/02取1/2-1/8較為適宜。石英晶體振蕩器利用石英晶體的壓電效應(yīng),將石英晶體作為振蕩回路元件,構(gòu)成石英晶體振蕩器,可以獲得很高的頻率穩(wěn)定度。石英晶體振蕩器的主要缺點(diǎn)是它的單頻性,即每塊晶體只能提供一個(gè)穩(wěn)定的振蕩頻率,因而不能直接用于波段振蕩器。在串并聯(lián)諧振頻率之間很狹窄的工作頻率內(nèi),它呈電感性。因而石英諧振器或工作于感性區(qū),或工作

7、于串聯(lián)諧振頻率上,絕不能使用容性區(qū)。因?yàn)槿绻袷幤魇窃O(shè)計(jì)在晶體呈現(xiàn)電容性時(shí)產(chǎn)生振蕩,那么由于晶體在靜止時(shí)就是呈現(xiàn)電容性,故無法判斷是否己經(jīng)工作?；诤竺娴挠布O(shè)計(jì),這里以并聯(lián)諧振型晶體振蕩器中的0七型電路為例,如圖3-31:相當(dāng)于電容三端振蕩電路。從晶體連接在哪兩個(gè)電極之間稱為型電路。6-0型電路中的石英晶體接在阻抗很高的13-0之間,石英晶體的標(biāo)準(zhǔn)性受影響很小。因此在頻率穩(wěn)定度要求較高的電路中,幾乎都采用型電路。 (1高頻振蕩電路部分我們設(shè)計(jì)的振蕩器是一種由高頻壓電陶瓷片(超聲換能器組成的工作振蕩器,如圖3-32: 圖3-33室內(nèi)智能加濕器高頻振蕩電路部分其振蕩頻率為1.7腿2(決定于選定的

8、壓電陶瓷片,這是由石英晶體振蕩器的單頻性決定的晶體三極管811406和電容器01、02等構(gòu)成電容三點(diǎn)式振蕩器電路。這里的壓電陶瓷片等效看作一個(gè)電感。03的大小主要是改變晶體管與振蕩回路的耦合程度,03越大,則振蕩振幅就越大,但是03還必須兼顧頻率覆蓋系數(shù),因此03不易過大。其中反饋系數(shù)為?由于80406的放大倍數(shù)近似等于120,因此滿足起振條件1。至于電路的靜態(tài)工作點(diǎn)在后面進(jìn)一步討論,這里暫不涉及。該圖的高頻等效電路如圖3-33: 圖3-34高頻等效電路其中12、02組成的等效并聯(lián)回路諧振頻率為斤172對1.792的晶體振蕩頻率呈現(xiàn)一等效電容。而11、01組成的等效串聯(lián)諧振頻率7腿2,它也對1

9、.7肊的晶體振蕩頻率呈現(xiàn)一等效電容。故此電路就等效為圖3-31型電路。另外我認(rèn)為這里發(fā)射極加電感11、12的原因是:一個(gè)是在振蕩器振幅的穩(wěn)定過程中提供發(fā)射極自給偏置電壓;另一個(gè)是電感使大功率管子的電流不能突變;還有可能是因?yàn)樵趯?shí)際測試時(shí)當(dāng)添加11、12為該值時(shí),加濕器效果最好。這是在忽略兩個(gè)電感對振蕩器結(jié)構(gòu)的影響,依然按共射電路及電容反饋的假設(shè)下的分析。圖3-32是否由可能是共集電路,及電感反饋型?我想知道如果去掉11、12不是正好是圖3-31型嗎,應(yīng)該也可以用,為什么要加這兩個(gè)電感叻?偏置電路部分 圖3-35 偏置電路部分我們設(shè)計(jì)的偏置電路如圖3-35,圖中左部分為220乂交流電通過變壓、整

10、流、濾波環(huán)節(jié)獲得367直流電。實(shí)際上,我們采用了成品開關(guān)電源提供36乂直流電源1的1、2引腳通過外部連線連接到水位保護(hù)繼電器的動觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)上,在水位安全時(shí)1、2引腳處于導(dǎo)通狀態(tài),這樣把36乂直流電傳輸給后面的偏置與振蕩電路。了2的1引腳通過外部連線與41/八模式繼電器的動觸點(diǎn)連接,2引腳通過外部連線與!/八模式繼電器的常閉觸點(diǎn)連接。故在未按1/4 鍵時(shí) 1、2 引腳是聯(lián)通的，這時(shí)處亍手動模式控 制，可以調(diào)節(jié)滑動變阻器，來改變加濕量的大小。當(dāng) 按下八鍵后，動觸點(diǎn)不原常閉觸點(diǎn)斷開，不原常開觸 點(diǎn)聯(lián)通。而原常開觸點(diǎn)通過外部連線不單片機(jī)經(jīng) IV 八轉(zhuǎn)換后的控制信號的模擬量連接，這樣就將控制信 號電

11、壓信號連接到了偏置電路及振蕩電路中，通過 自動控制偏置電流（此時(shí)改變滑動變阻器丌能再改變 加濕量的大小了）來實(shí)現(xiàn)自動改變加濕量的大小。閣 3-35 中電感為 I 為高頻扼流線圈，阻止超聲波信號迚 入控制電路。 晶體管構(gòu)成的放大器要做到丌失真地將信號電壓放 大，就必須保證晶體管的發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏。 即應(yīng)該設(shè)置它的靜態(tài)工作點(diǎn)，偏置電路向晶體管提供 的電流稱為偏置電流。對亍高頻振蕩電路部分，若大 功率管 81406 無偏置電流輸入，將迅速停止振蕩。 因?yàn)闊o直流偏置，霧化片晶振等效為電容，沒有放電 回路，所以丌工作。改變大功率管 811406 的基極偏 置電流，即改變 811406 的基極電位，

12、從而改變晶體 管的靜態(tài)工作點(diǎn)。9 點(diǎn)丌僅影響電路是否會產(chǎn)生失真, 而且影響著電路幾乎所有的動態(tài)參數(shù)。 當(dāng)輸入信號 01=0 時(shí)，在晶體管的輸入回路中，靜態(tài) 工作點(diǎn)即應(yīng)在晶體管的輸入特性曲線上，又應(yīng)滿足外 電路的回路方程：1x86=68-113 此，不輸入回路相 似，在晶體管的輸出回路中，靜態(tài)工作點(diǎn)既應(yīng)在 18=180 的那條輸出特性曲線上,又應(yīng)滿足外電路的回 路方程：11000-1000 利用圖解法可求解靜態(tài)工作 點(diǎn)和電壓放大倍數(shù)。 圖 3-37 利用圖解法求解靜態(tài)工作點(diǎn)和電壓放大倍數(shù) 由圖 3-37 知在輸入回路中，若基極電阻此的數(shù)值丌 變，則直流電壓 88 的值越大，0 點(diǎn)愈高，八將愈 大。可見 0 點(diǎn)的位置影響著放大電路的電壓放大能 力。 振蕩器從振蕩的建立直到振蕩穩(wěn)定的過程。細(xì)分起 來，包括起振、增幅振蕩和振蕩振幅穩(wěn)定這樣三個(gè)相 互聯(lián)系的工作過程，如圖 3-38：在起振和增幅振蕩 的過程中，大功率管工作在放大區(qū)，故此時(shí)靜態(tài)工作 點(diǎn)應(yīng)在合適的位置。增幅振蕩以后