基于互补对称功放的高压电压源的研究

PAGE..学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士学位论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于保密□，在_________年解密后适用本授权书。不保密□。（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：年月日导师签名：年月日毕业设计[论文]题目：基于互补对称功放的高压电压源的研究Title：院系：电气与电子工程学院专业：电气工程及其自动化姓名：指导教师：摘要：本论文所研制的稳压源是一种恒频、恒压的交流电流源，由运算放大器、互补对称功率电路和其他基本的电子元件构成主电路。该电压源主要用于稳压。文中介绍了各种稳压源及他们的原理，可以给读者提供更多设计稳压源的思路。文中给出了基于互补对称功放的稳压源的主电路，验证了稳压原理，并给出了主电路的多组仿真波形和结果。该电路原理十分简单，设计思路却很独特，实用性很强。关键词：互补对称稳压源功率放大器Abstract：Inthispaper,thevoltageregulatorisakindofACcurrentsourcewithconstantfrequencyandconstantvoltage,themaincircuitofwhichisconstitutedbytheoperationalamplifier,complementarysymmetrypowercircuitsandotherbasicelectroniccomponents.Thevoltageregulatorismainlyusedtocontrolthevoltage.

Thispaperintroducesvariouskindsofvoltagesourcesandtheirprinciplestogivereaderssomeideasofvoltageregulatordesigning.

Inthispaper,themaincircuitofvoltageregulatorbasedoncomplementarysymmetrypoweramplifiersisintroducedtoverifytheprincipleandgivesmultiplesetsofsimulationwaveformsandresultsofthemaincircuit.Thecircuitisverysimple,butuniquedesignedandquitepractical.Keywords:complementarysymmetryvoltageregulatorpoweramplifier目录TOC\o"1-3"\u摘要 IAbstract II1绪论 11.1选题背景 11.1.1我国高压电压源的现状 11.1.2互补对称功放电路的必要性 11.2几种交流电压源的比较 21.2.1光电反馈型交流稳压电源 21.2.2新型的高性能交流稳压电源 51.2.3高稳定度稳压电源 81.2.4高精度交流高压稳压电源 91.3本文选题与主要研究内容 102方案比较 112.1功率放大器两种实现方法的比较 112.1.1分立元件组成功率放大器 112.1.2集成功率放大器电路 122.2开关式稳压电源 132.2.1基本电路 132.2.2单端反激式开关电源 142.2.3单端正激式开关电源 142.2.4自激式开关稳压电源 152.2.5推挽式开关电源 162.2.6降压式开关电源 172.2.7升压式开关电源 172.2.8反转式开关电源 183主电路参数设计 193.1互补对称功率放大电路的设计与测试 193.2主电路原理 224主电路的Synopsys仿真分析及实验结果 234.1负载接纯电阻仿真模型及仿真结果 234.2负载接纯电容仿真模型及仿真结果 254.3负载接纯电感仿真模型及仿真结果 254.4接容性或感性负载仿真模型及仿真结果 265总结 28致谢 29参考文献 301绪论1.1选题背景1.1.1我国高压电压源的现状在无线电通讯、电子测量、自动控制、电子计算机等许多设备中，供电电源必须具备稳定的电压。但我国的供电电压的波动范围相当大，这就需要在用电设备与交流供电电网之间加设交流稳压设备，以确保在供电电网的电压一旦超出规定范围后，经交流稳压设备馈送给用电设备的实际交流电压仍稳定在规定范围内。另外，稳压器的电源变压器在使用过程中，并非连续有负载，且空载时间较长，稳压电源存在无功损耗，日积月累,是不可忽视的能源浪费，增加了用户开支。因此，设计节能型交流稳压电源很有实际意义[1]。随着我国经济的飞速发展，用电量急剧上升，而电网特别是最底层电网相对老化，同时电网的污染又日益增多，从而造成用电电压波动大，波形失真等问题。用户为了得到高品质的电源，多采用交流稳压电源。目前的交流稳压电源主要有磁饱和式、可变电抗器式、伺候电机拖动调压变压器式、继电器切换自耦变压器式等，这几种交流稳压电源中除了都需要用到笨重的、高损耗的工频变压器外，还存在响应慢，有跳变，谐波多，输出波形差等缺点。晶闸管相控式的交流稳压电源有输出波形的缺损，从而会产生高次谐波污染电网。而“交流/直流/交流”电力电子功率变换电路的稳压电源，其电路复杂，成本较高，在“交流/直流”工程中滤波电容还会使电路的功率因素下降[2]。针对上述稳压电压源中的问题，本文设计了一中新型的交流稳压电源，它无需工频变压器，采用直接的“交流/交流”电力电子功率变换电路。电路简单可靠，在电压幅值的稳定、波形的改善方面有很好的表形，同时电路有很高的效率，功率因素也比较高。1.1.2互补对称功放电路的必要性利用现代电力电子技术，制作出高精度、高稳定性的交流电压源。电力电子技术就是采用功率半导体器件对电能进行转换、控制和优化利用的技术，它是一门综合电力半导体器件、电力变换技术、现代电子技术、自动控制技术等多门学科的边缘交叉学科。按组成来分，电力电子系统主要分为器件、主电路和控制三部分。由于新的电子元器件、新电磁材料、新变换技术、新控制理论及新的软件不断应用到开关功率变换器中，加速了电力电子技术的发展，使电力电子装置具有频率高、效率高、功率密度高、功率因数高、可靠性高等显著优点。近年来，电力电子领域的发展异常迅速，目前电力电子器件方面的发展主要表现为MOSFET、IGBT、IGCT等现代电力半导体器件的广泛应用，电路方面的发展主要表现为PWM拓扑和软开关技术，控制技术的发展主要表现为数字控制技术和现代控制理论的应用[3]。在模拟电子线路中，功率放大电路时重要的必不可少的电路形式，是信号处理的多级放大后的必然要求，其主要的表现形式之一就是互补对称功率放大电路（简称OTL功放电路）。由于互不对称功放电路仅由阻容元件和晶体管组成，易于集成和实现，又不需要变压器，从而改善了电路的性能，拓宽了电路的通频特性，提高了电路的实用性。因而，在家用电器、机电产品中和仪器仪表等中，互补对称功放电路都得到了普遍使用。这样，互不对称功放电路也就成了电子线路中研究功放电路的重要实验。又由于三极管静态工作点直接影响了功放电路的工作状态，电路性能和最大输出功率等。因此，熟练掌握这个电路的调节和测试也就变得很重要了[4]。1.2几种交流电压源的比较1.2.1光电反馈型交流稳压电源交流电一般用正弦波形式表示，我国市电标准为，稳压电路要将输出电压稳定在220V，就必须知道输入或输出电压的变化情况，并和标准样作比较。如果要稳直流电压，可以直接从输入和输出中采样，与标准样比较，并作出反应。但交流电比较过程中存在一个相位问题，如果周期或相位不同，也就是如果两个比较项不同步，其比较也无意义，所以交流反馈在技术上有一定难度。目前市场上的稳压电路大部分采用输入采样，通过电子电路作出比较与调节，控制输出。这种方法面临着两大技术难题：一是标准样无法产生电路中的许多元件与输入电压有关，在其中产生一个标准电压，非简单电路能够实现；二是标准样与反馈信号难同步，虽然完全标准的电压很难产生，但近似电压波还是能够产生，但它未必与输入或输出采样电压同步。这两大难题与成本的尖锐矛盾是目前对交流稳压电路的一个制约。对输入采样，调节电路始终与输入变化同步，不能监测输出变化，即在电路调节中出现误差不能及时修正。但对输出采样，则可根据输出变化电路能及时作出相应反应，电路处于动态平衡。交流反馈存在相移问题，而直流反馈在此却很有优势，我们可以采用桥式整流，消除其相移问题。结合这两点改进，可以使传统方式的两个技术难点难度有所下降。半导体发光二极管是光学中常用的器件。它通常被用作光源，当给半导体发光二极管两端加上大于0.7V的电压，二极管就开始发光，而且其分压始终为0.7V，其光功率与流过电流大小呈现很好的线性关系。在实际电路中，发光二极管旁一般要串联一个限流电阻R，加上电压与电流是线性关系，从而可知半导体发光二极管发出的功率与所加电压成线性关系。受光照射后，光电二极管的电压-电流特性曲线将沿电流轴向下平移，平移的幅度与光照强度成正比。在一定的反向电压范围内，反向电流大小几乎与反向电压高低无关，而在入射光照度一定的条件下，光电二极管相当于一恒流源，其输出电压随负载电阻的增大而增大。交流电桥一般用于整流电路，它可以将正弦交流电调整成脉冲直流。发光二极管必须在大于0.7V的直流电压下才能发光，因而我们必须先将其整流，这样才能使交流的正负项全部反馈，在电路设计中，输出反馈首先经过了桥式整流。光电二极管也加了一个交流电桥，但它不再用作整流。如图1.1a所示，光电二极管在光激励后相当于一个恒流源，即流过桥的电流恒定，但其在桥内的流向如何，还与桥的另两端电压大小有关。图1.1交流电桥图滤波可控硅控制调压电路，电压输出波形不再是一个完整的正弦波，而是一个被削去左边一部分的正弦波，如果单用交流电桥整流，反把负向电压波翻到正向，这样的电压加在发光二极管上，发光二极管必然也有一段时间不发光，呈光强波形。在其不发光期间，PIN就失去了控制作用。总之，如果仅通过整流和光电反馈来控制稳压，其反馈效果并不好。如果我们采用了滤波技术，那么输出电压以电平形式反馈，使PIN不存在接收暗光的时间段，这样，只要输出端电压有所变化，则反馈产生阶跃性变化，最后使触发端电压以较平形式变化，最终达到控制目的。根据上述原理，可以粗略地设想出如图1.2所示的电路框架。只要输出端电压有效值发生变化，发光二极管便以电平形式反馈给光电二极管，再通过控制电路及时对输出电压作出修正。图1.2电路框架图如图1.3所示电路，当输出端电压大时，发光二极管的光功率加强，光电二极管上的电流增大，A、B两点电压下降很多，可控硅导通角变小，变压器输入端C、D电压降低，输出电压也降低。如此往复，动态调节，使得电路有稳定的输出。在输入端加入一定的电压，在3种情况下测试其逻辑，即将光电二极管完全避光，用台灯光照光电二极管和用反馈过来的发光二极管照射光电二极管。图1.3实验电路图（1）稳压范围。原电路（图1.3）的稳压范围为175V～320V，改进后其稳压范围为160V～400V，可控硅正向最大耐压一般为400V左右。（2）稳定范围。由于光电二极管很灵敏，再加上三极管放大信号，使其稳定性非常好，误差基本上是在几伏范围内，但输出波形不再是正弦波。（3）工作范围。由于光电二极管，发光二极管及可控硅有其使用范围，本电路的工作范围也就有所确定，一般不得超出400V。（4）功耗。整个电路只有3个电阻消耗功率，而且功耗很小，一般应在几百mV左右。该电路能够实现小功率铁芯实现大功率稳压，而且其稳定性好，稳压范围宽，电路成本低，工作效率高，是目前比较理想的家用稳压电路[5]。1.2.2新型的高性能交流稳压电源原理框图,如图1.4示。是变压器的原边绕组,是副边绕组。同输入电压和负载串连,显然改变的阻抗大小就可调整输出电压;我们也可采用如下的方法:在副边绕组接入一只可变电阻,此电阻会对变压器原边形成反应阻抗,改变此电阻的大小同样可以调整电压。图1.4原理框图假设变压器无损耗和无滞磁则以下公式成立:（1-1）（1-2）由以上两公式可得:（1-3）对原变压器原变则的阻抗变化可写成如下微分型式:（1-4）此等式表明,变压器的副边绕组电阻可以反应到原边绕组；而且原边绕组电阻与副边绕组电阻成正比,是线性关系。比例因子是原边绕组与副边绕组的变比的平方。只要足够大,的较小变化会反应到原边有较大的变化。式(1-4)又表明:要求不依赖于电流。若是纯电阻,就不会有谐波生成,当然输出电压正弦波就不会失真。而调整电阻的产生，原理如图1.5所示。此电路由整流桥4、晶体管5、运算放大器6、场效应管7等组成。当时,假定场效应管7的漏源间电压降很小,同时忽略整流桥的电压降,对运算放大器可得如下公式:（1-5）是场效应管7的漏源电阻,在低阻值范围内使用时,它有非常好的线性。图1.5调整电阻RS的产生当时:（1-6）在这个等式中,场效应管FET的漏源电阻,场效应管FET的夹断电压,漏源饱和电流(漏源饱和压降)将公式（1-5）代入公式（1-6）得到以下式:（1-7）写成微分型式:（1-8）从此式可以看到:的函数只是,改变就可改变的大小;因为其余量都是常数,此公式说明不依赖于,前面的假设成立,设计的稳压系统是合理的。得到了一只仅依赖于的直流电压线性控制器,对交流电来说以上过程是等效实数运算过程,不含虚数成份,所以这只电阻是纯电阻,此电路不会有谐波生成,换言之不会产生正弦波失真。如前所述,阻抗能通变压器反应至变压器的原边侧,通过调节的大小可控制交流输出电压,再引入反馈控制网络,就组成了一只高性能高精度的交流稳压器。实际证明这种交流稳压电源是高性能的:无失真、高精度、响应速度快,在需要高指标交流稳压电源的场合有广泛的运用前景[6]。1.2.3高稳定度稳压电源由三极管作调整元件构成的分立元件稳压电源有串联型和并联型两种,其特点是负载电流范围大,输出电压范围宽,而且调节方便,输出电阻及稳压系数小,稳压性能较好。目前应用较多的是晶体管串联型稳压电路,下面作一介绍。串联型晶体管稳压电路原理如图1.6所示。图1.6串联型晶体管稳压电路方框图典型的串联型稳压电路如图1.7,该电路的稳压控制过程如下:当输入电压增大或负载电流减小而使输出电压增加时,经、的分压使上的压降增大,与基准电压比较,其差值使增加,经管放大后引起增加,下降。由于直接加到调整管下的基极,又由于管的,增大,减小,使减小,因而减小。的减小使增大,迫使减小,从而维持基本不变[7]。图1.7串联型晶体管稳压电路1.2.4高精度交流高压稳压电源图1.8为系统的框图，其中的80C196单片机系统是整个系统工作的核心,用于产生SPWM驱动信号，由4个MOSFET管组成了逆变电路。图1.8系统结构框图系统的工作原理如下:操作员通过输入接口电路向16位微处理器输入所要得到的正弦电压幅值,微处理器根据所输入的电压标称值,产生对应SPWM信号,此信号经驱动电路,便会在逆变桥的输出产生功率SPWM波,经过滤波电路,就得到正弦波,该正弦波再通过一个升压电路升压,就得到期望的正弦波电压输出。由于滤波器造成的信号损失以及市电波动等因素的影响,输出的正弦电压可能会偏离期望值,所以从输出端进行电流和电压取样,取样值通过光电隔离电路及A/D转换电路反馈至单片机,单片机再与设定的电压、电流值进行比较。如果发生过流现象,则采取相应的保护措施,停止脉冲输出。如果偏离电压期望值,则相应改变SPWM波的宽度以调节输出[8]。1.3本文选题与主要研究内容我国的供电电压的波动范围相当大，这就需要在用电设备与交流供电电网之间加设交流稳压设备，以确保在供电电网的电压一旦超出规定范围后，经交流稳压设备馈送给用电设备的实际交流电压仍稳定在规定范围内。主要研究内容：（1）调研国内外高压电压源研究现状，分析存在的问题；（2）选择或设计具有高效率、高可靠性，基于互补对称功放的高压电压源，建立数学和仿真模型；（3）研究基于互补对称功放的高压电压源的分析和设计方法。2方案比较2.1功率放大器两种实现方法的比较功率放大电路是一种能量转换电路,要求在失真许可的范围内,高效地为负载提供尽可能大的功率,功放管的工作电流、电压的变化范围很大,那么三极管常常是工作在大信号状态下或接近极限运用状态,有甲类、乙类、甲乙类等各种工作方式。为了提高效率,将放大电路做成推挽式电路,功放管的工作状态设置为甲乙类,以减小交越失真。常见的音频功放电路在连接形式上主要有双电源互补推挽功率放大器OCL(无输出电容)、单电源互补推挽功率放大器OTL(无输出变压器)、平衡(桥式)无变压器功率放大器BTL等。由于功放管承受大电流、高电压,因此功放管的保护问题和散热问题必须重视。功率放大器可以由分立元件组成,也可由集成电路实现。2.1.1分立元件组成功率放大器图2.1为一个由分立元件构成的直流化的互补对称OCL电路。电路由差分放大级、电压推动级和复合输出级构成。本电路引入了直流负反馈电路,一般功放中由于存在反馈电容,限制了低频响应,为了消除这种不利影响,只有增大反馈电容,但电容较大,会使电路不稳定。该电路取消了反馈电容,彻底解决了这一矛盾。同时,通过射级电阻引入本级负反馈,明显改善了本级性能并简化了电路。输出级工作在甲乙类状态,既顾及了效率,也保证元件的线形工作状态。差分管放大倍数等于200，两管相差要非常小。电压推动管放大倍数等于80。在此条件下,加以性能优良的稳压电源提供能量和偏置,最后对整个电路加以调试。可测得:当前置输入20mV时,输出功率>12W。该电路应注意非线形失真及噪声的减小,最终调试较复杂。但电路只有基本放大电路,因此功能扩展余地很大。图2.1由分立元件构成的OCL电路2.1.2集成功率放大器电路现在市场上有许多性能优良的集成功放芯片，如双运放NE5532，TDA2040，LM1875，TDA1514等。其中TDA2040功率裕量不大，TDA1514外围电路复杂，所以在集成功放设计中采用LM1875。图2.2为用LM1875构成的集成功率放大器，其开环增益为26dB，即放大倍数A=20。其中20、1电阻组成负反馈网络，2个二极管为保护二极管，输出端电阻与电容组成防高频自激电路，正负电源两端电容为电源退耦电容。若输出电阻负载上功率>10W，加上功率管上压降2V，则可计算得输出效率为66.2%，最大不失真电压峰-峰值为25.3V，输入信号电压峰-峰值为2.53V。该电路仍需对前置放大电路、波形变换电路、稳压电源和保护电路加以改进，前置放大电路可以采用2级NE5532典型应用电路；波形变换用高精度运放OP07完成；稳压电源由LM317和LM337组成；保护电路由继电器加三极管电路构成。该电路以模拟放大为主,各电路板之间要采用双芯屏蔽线连接,防止自激干扰。该电路实现功放参数合理,较为简单。功率放大电路还有其他很多形式,如多级直接耦合式OCL放大电路,无论功率放大电路为哪一种类型,都要注意前置电压放大级、电源电路的设计。最后,还要注意由于工作升温引起的工作点飘移现象,对其做以适当补偿以减小电路的非线形失真和稳定度的提高[9]。图2.2用LM1875构成的集成功率放大器2.2开关式稳压电源2.2.1基本电路图2.3开关电原基本电路框图开关式稳压电源的基本电路框图如图2.3所示。交流电压经整流电路及滤波电路整流滤波后，变成含有一定脉冲成份的直流电压，该电压进人高频变换器被转换成所需电压值的方波，最后再将这个方波电压经整流滤波变为所需要的直流电压控制电路为一脉冲宽度调制器，它主要由取样器、比较器、振荡器、脉宽调制及基准电压等电路构成。这部分电路目前已集成化，制成了各种开关电源用集成电路。控制电路用来调整高频开关元件的开关时间比例，以达到稳定输出电压的目的[10,11]。2.2.2单端反激式开关电源单端反激式开关电源的典型电路如图2.4所示。图2.4单端反击式开关电源电路中所谓的单端是指高频变换器的磁芯仅工作在磁滞回线的一侧。所谓的反激，是指当开关管导通时，高频变压器T初级绕组的感应电压为上正下负，整流二极管处于截止状态，在初级绕组中储存能量。当开关管截止时，变压器T初级绕组中存储的能量，通过次级绕组及整流和电容C滤波后向负载输出。单端反激式开关电源是一种成本最低的电源电路，输出功率为20－100W，可以同时输出不同的电压，且有较好的电压调整率。唯一的缺点是输出的纹波电压较大，外特性差，适用于相对固定的负载。单端反激式开关电源使用的开关管承受的最大反向电压是电路工作电压值的两倍，工作频率在20－200kHz之间[12]。2.2.3单端正激式开关电源单端正激式开关电源的典型电路如图2.5所示。图2.5单端正激式开关电源这种电路在形式上与单端反激式电路相似，但工作情形不同。当开关管导通时，也导通，这时电网向负载传送能量，滤波电感L储存能量；当开关管截止时，电感Ｌ通过续流二极管继续向负载释放能量。在电路中还设有钳位线圈与二极管，它可以将开关管的最高电压限制在两倍电源电压之间。为满足磁芯复位条件，即磁通建立和复位时间应相等，所以电路中脉冲的占空比不能大于50%。由于这种电路在开关管导通时，通过变压器向负载传送能量，所以输出功率范围大，可输出50－200W的功率。电路使用的变压器结构复杂，体积也较大，正因为这个原因，这种电路的实际应用较少[12,13]。2.2.4自激式开关稳压电源自激式开关稳压电源的典型电路如图2.6所示。图2.6自激式开关电源这是一种利用间歇振荡电路组成的开关电源，也是目前广泛使用的基本电源之一。当接入电源后在给开关管提供启动电流，使开始导通，其集电极电流在中线性增长，在中感应出使基极为正，发射极为负的正反馈电压，使很快饱和。与此同时，感应电压给充电，随着充电电压的增高，基极电位逐渐变低，致使退出饱和区，开始减小，在中感应出使基极为负、发射极为正的电压，使迅速截止，这时二极管导通，高频变压器Ｔ初级绕组中的储能释放给负载。在截止时，中没有感应电压，直流供电输人电压又经给反向充电，逐渐提高基极电位，使其重新导通，再次翻转达到饱和状态，电路就这样重复振荡下去。这里就像单端反激式开关电源那样，由变压器T的次级绕组向负载输出所需要的电压。自激式开关电源中的开关管起着开关及振荡的双重作用，也省去了控制电路。电路中由于负载位于变压器的次级且工作在反激状态，具有输人和输出相互隔离的优点。这种电路不仅适用于大功率电源，亦适用于小功率电源[14]。2.2.5推挽式开关电源推挽式开关电源的典型电路如图2.7所示。图2.7推挽式开关电源它属于双端式变换电路，高频变压器的磁芯工作在磁滞回线的两侧。电路使用两个开关管和，两个开关管在外激励方波信号的控制下交替的导通与截止，在变压器T次级统组得到方波电压，经整流滤波变为所需要的直流电压。这种电路的优点是两个开关管容易驱动，主要缺点是开关管的耐压要达到两倍电路峰值电压。电路的输出功率较大，一般在100－500W范围内[15-18]。2.2.6降压式开关电源降压式开关电源的典型电路如图2.8所示。图2.8降压式开关电源当开关管导通时，二极管截止，输人的整流电压经和L向C充电，这一电流使电感L中的储能增加。当开关管截止时，电感L感应出左负右正的电压，经负载和续流二极管释放电感L中存储的能量，维持输出直流电压不变。电路输出直流电压的高低由加在基极上的脉冲宽度确定。这种电路使用元件少，它同下面介绍的另外两种电路一样，只需要利用电感、电容和二极管即可实现[15,19]。2.2.7升压式开关电源升压式开关电源的稳压电路如图2.9所示。图2.9升压式开关电源当开关管导通时，电感L储存能量。当开关管截止时，电感L感应出左负右正的电压，该电压叠加在输人电压上，经二极管向负载供电，使输出电压大于输人电压，形成升压式开关电源[20]。2.2.8反转式开关电源反转式开关电源的典型电路如图2.10所示。图2.10反转式开关电源这种电路又称为升降压式开关电源。无论开关管之前的脉冲直流电压高于或低于输出端的稳定电压，电路均能正常工作。当开关管导通时，电感L储存能量，二极管截止，负载靠电容C上次的充电电荷供电。当开关管截止时，电感L中的电流继续流通，并感应出上负下正的电压，经二极管向负载供电，同时给电容C充电[21,22]。3主电路参数设计3.1互补对称功率放大电路的设计与测试图3.1为过去实验常用的典型的OTL功放电路图，图3.3则为修改后的OTL功放电路图。为了下面的对比分析方便，首先就图3.1电路进行简单的原理分析。图3.1中，为前置电压放大级，、是用锗材料做成的NPN和PNP型异型管，它们组成输出级。是级间反馈电阻，形成直、交流电压并联负反馈。通过取得直流偏置，其集电极电流流经、、，所形成的电压降作为和基极的偏置电压，使输出级工作在甲乙类。同时，、、又是的负载电阻，它的大小将直接影响整个电路的电压放大倍数。静态时，适当调节、和、，使输出端O点的电位为，C、D两端的电压差略小于1V，即和两管处于临界截状态。此时耦合电容和自举电容上的电压都将充电到接近。和组成自举电路，目的是在输出正半波时，利用上电压不能突变的原理，使B点的电位始终比发射极O点的电位高，以保证在O点电位上升时仍能充分导通。当有信号输入时，集电极输出放大了的电压信号，其正半周使趋向导通，趋向截止，电流由经的集、射极，再通过(自上而下)流向负载电阻，并给充电;当处于负半周时，趋向导通，趋向截止、电容放电，电流通过的发射极和集电极反向(自下而上)流过负载。因此，在上形成完整的正弦波形，如图3.2所示。图3.2中。图3.1（a）（b）图3.2图3.3下面再研究图3.3与图3.1的不同之处。图3.1中的100电位器在图3.3中被改成了200的固定电阻，原电位器被改成51的固定电阻，原510电阻被改成1000的电位器。这三处的变动解决了图3.1存在的三个相互关联的不易解决的难题:(1)因为O点的电压和波形受、和控制，若使O点的电压接近，同时又使输出波形正常，则需要经过多次反复调节，一般也很难达到预期效果。当改用图3.3后，这种调节变得相当容易，仅需微微调节即可满足要求。(2)即使经过多次反复调节，输出的正弦波形接近正常，但其交越失真也很难消除。经试验发现，如果仅把改成200左右的固定电阻，再去调节，也不易改善交越失真，必须完全按照图3.3电路那样才能消除此类现象。(3)当输出的正弦波形接近正常时，O点的电压若接近，则C、D之间的电压过大，即流过的电流过大，也即整机电流过大，容易损坏输出管。而当改用图3.3后，输出管可以完全工作在截止状态，降低了整机电流。另外，图3.3与图3.1之间还有一个不同之处，那就是图3.3电路多了一个100pF的电容。在测试图3.1电路过程中发现，如果用一个万用表始终监视C、D之间的电压，那么，输出的正弦波形将不易受外界的干扰。当取下万用表时，输出波形将发生畸变，无论如何调节都难以调出正常的输出波形。为了解决这个问题，经过多次研究分析和实验测试，结果发现:如果在D点对地并入低容量的电容就可以取代万用表的接入，大大减少了外界的干扰。可见，仅仅通过以上四处的改变，足以提高电路的可操作性和实验数据的准确度，减少了调试时间[4,23]。3.2主电路原理图3.4主电路图主电路如图3.4所示。分析电路。由运放的虚短知，10电阻两端的电压为，90电阻两端的电压为。再由运放的虚断知，10电阻和90电阻上流过的电流，大小相等，方向相同，得（3-1）整理，得（3-2）当输入电压一定时，理论上，输出电压不随负载的变化而变化，恒定，且为输入电压的-9倍。若取,则。4主电路的Synopsys仿真分析及实验结果在Synopsys软件中，仿真电路。搭建电路如图4.1所示。主电路参数为，电阻从左至右分别为10、90、50、50，运算放大器选择pa26_3,二极管选择d1n4148，三极管选择mjl21193_sl和mjl21194_sl，运放和三极管驱动电压分别为+50V和-50V。图4.14.1负载接纯电阻仿真模型及仿真结果在负载处接入变化的纯电阻，电阻变化如图4.2所示。即0，10k；10ms，90k，40ms，5k；90ms，60k。图4.2仿真结果，如图4.3所示。由仿真图形可以直观的看到，无论电阻如何变化，影响的只有流过电阻的电流，电阻两端电压恒定不变，为45V。且由输入电源电压和输出电压的相位差为180°，知道和反向。图4.3负载为纯电阻仿真波形4.2负载接纯电容仿真模型及仿真结果在负载处接入纯电容，仿真结果如图4.4所示。由仿真图形可以直观的看到，虽然负载由纯电阻变为了纯电容，但影响的只有流过负载的电流，负载两端电压恒定不变，保持为45V。且由输入电源电压和输出电压的相位差为180°，知道和反向。图4.4负载为纯电容仿真波形4.3负载接纯电感仿真模型及仿真结果在负载处接入纯电感，仿真结果如图4.5所示。由仿真图形可以直观的看到，虽然负载由纯电容变为了纯电感，但影响的只有流过负载的电流，负载两端电压恒定不变，保持为45V。且由输入电源电压和输出电压的相位差为180°，知道和反向。图4.5负载为纯电感仿真波形4.4接容性或感性负载仿真模型及仿真结果在负载处并联接入电容和电阻，仿真结果如图4.6所示。图4.6容性负载仿真波形在负载处并联接入电感和电阻，仿真结果如图4.7所示。图4.7感性负载仿真波形由仿真图形可以直观的看到，无论负载接什么，影响的只有流过负载的电流，负载两端电压恒定不变，且保持为45V，与输入电压反向。5总结随着我国经济的飞速发展，用电量急剧上升，而电网特别是最底层电网相对老化，同时电网的污染又日益增多，从而造成用电电压波动大，波形失真等问题。用户为了得到高品质的电源，多采用交流稳压电源。交流稳压电源广泛应用于计算机及其周边装置、医疗电子仪器、通讯广播设备、工业电子设备、自动生产线等现代高科技产品的稳压和保护。本课题完成的主要工作及成果：（1）论述了研究基于互补对称功放的高压电压源研究的紧迫性和必要性以及其发展前景与发展意义。（2）分析讨论了多种交流稳压电压源的类型，并选择了适合互不对称功放电路，搭建出电压源主电路。（3）为验证电路的稳压性，搭建仿真模型，通过Synopsys进行仿真，得到了与理论分析较为一致的结果。最后在搭建实际电路的基础上，通过实验所得的波形，验证了所采用的电路可行性和合理性。本论文的初衷是找出基于互补对称功放的电压源的主电路，并对其合理性和可行性进行验证。但是将该电路扩展到高压领域，将会是后续工作需要解决的主要难点。不过仿真结果让我们看到了乐观的前景。参考文献[1]路正莲.一种节能型交流稳压电源的设计.河海大学常州分校学报,2002，16（1）：