高频振荡电路自动控制空气加湿器加湿量

1、高频振荡电路自动控制空气加湿器加湿量正反馈放大器产生振荡的条件是,式没有考虑电子器件的非线性,亦即假定晶体管放大器是工作于小信号线性放大状态,它的放大倍数为常数。事实上放大器的增益是振幅的函数。因为由于自给偏压的作用,振荡器起振后,随着振荡幅度的不断增大,放大器便由线性工作的甲状态迅速过渡到非线性的甲乙类以及丙类工作状态。这时晶体管就是非线性器件。为了反映这种非线性器件的工作特点,引入准直线性理论的平均放大倍数八的概念。我们定义负载谐振阻抗上基波电压。与基极输入电压之比称为平均电压放大倍数,即八紙八幻式中八0为小信号线性放大倍数;幻为余弦脉冲分解系数。对于乙类工作状态。这就是说,振荡器在起振之

2、后,随着振幅的不断增长,使振荡管的工作状态逐渐向乙类以至丙类过渡,因而八值也不断下降。至于反馈系数?完全是由无源线性网络所决定的比例系数,与振荡幅度的大小无关。由于放大器的放大倍数随着振幅的增大而下降,如果电路只是刚好满足八0化1,那么经放大选频后的信号仍然只能维持在很低的电平上。这样具有频率为代的信号虽然存在,但却淹没在同样电平的噪声中,而得不到所需的一定强度的振荡输出。因此,要维持一定振幅的振荡,反馈系数就应设计的大一些。一般。这样就可以在八的情况下起振,而后随着振幅的增强,就向六过渡。直到振幅增大到某一程度,出现时,振荡就达到平衡状态。因此振荡器的起振条件为八,平衡条件为他二。即八。由振

3、幅平衡条件可以确定振荡器的振幅,由相位平衡条件可以确定振荡器的频率。上面所讨论的振荡平衡条件只能说明振荡能在某一状态平衡,但还不能说明这平衡状态是否稳定。平衡状态只是建立振荡的必要条件,但还不是充分条件。已建立的振荡能否维持,还必须看平衡状态是否稳定。稳定条件也分为振幅稳定与相位稳定两种。1振幅平衡的稳定条件 图3-29 软自激的振荡特性如图3-29画出了放大倍数八和反馈系数的倒数1随振幅的变化曲线。两者相交的交点0就是振荡器的振幅平衡点。在平衡点附近,放大倍数随振幅的变化特性具有负的斜率,即八广表示平衡点的振幅稳定条件。一般只要偏置电路和反馈网络设计正确,则为一条单调下降曲线。2相位平衡的稳

4、定条件相位稳定条件和频率稳定条件实质是一回事。如果由于某种原因,相位平衡遭到破坏,产生了一个很小的相位增量么9,并且假定所产生的是一个正的增量厶,这就意味着反馈电压超前于原来的输入电压一个相角。相位超前意味着周期缩短,即频率不断的提高。即厶厶中。为了保持振荡器相位平衡点稳定,振荡器本身应具有恢复相位平衡的能力。故振荡器电路应能够产生一个新的相位变化,以抵消外因引起的厶变化,故相位稳定条件为3中。如图3-29:因而IX并联谐振回路不仅决定振荡频率的主要角色,而且是稳定振荡频率的机构。 图3-30 并联谐振回路的相频特性(1反馈性LC振荡器按照反馈耦合元件可以分成:互感耦合振荡器、电感反馈式振荡器

5、与电容反馈式振荡器等。关于集电极电源与基极偏置电源的供给方式为振荡器的集电极直流电源可采用串联馈电与并联馈电两种。为了兼顾起振过程和振荡建立后的稳定平衡,振荡器都采用自偏压电路。基于后面的硬件设计这里以电容反馈式三端式振荡器为例,如图3-30: 图3-31电容三端振荡器等效电路电容三端振荡器的优点是输出波形较好,这是因为集电极和基极电流可通过对谐波为低阻抗的电容支路回到发射极,所以高次谐波的反馈减弱,输出的谐波分量减小,波形更接近于正弦波。其次该电路中的不稳定电容(分布电容和器件的结电容都是与该电路并联的,因此适当加大回路电容量就可以减弱不稳定因素对振荡频率的影响,从而提高了频率稳定度。最后当

6、工作频率较高时,甚至可以只利用器件的输入输出电容作为回路电容。因而本电路适用于较高的工作频率。这种电路的缺点是调01或02来改变振荡频率时反馈系数也将改变。但只要在两端并上一个可变电容器,并令01和02为固定电容,则在调整频率时基本上不会影响反馈系数。经验证明01/02取1/2-1/8较为适宜。石英晶体振荡器利用石英晶体的压电效应,将石英晶体作为振荡回路元件,构成石英晶体振荡器,可以获得很高的频率稳定度。石英晶体振荡器的主要缺点是它的单频性,即每块晶体只能提供一个稳定的振荡频率,因而不能直接用于波段振荡器。在串并联谐振频率之间很狭窄的工作频率内,它呈电感性。因而石英谐振器或工作于感性区,或工作

7、于串联谐振频率上,绝不能使用容性区。因为如果振荡器是设计在晶体呈现电容性时产生振荡,那么由于晶体在静止时就是呈现电容性,故无法判断是否己经工作。基于后面的硬件设计,这里以并联谐振型晶体振荡器中的0七型电路为例,如图3-31:相当于电容三端振荡电路。从晶体连接在哪两个电极之间称为型电路。6-0型电路中的石英晶体接在阻抗很高的13-0之间,石英晶体的标准性受影响很小。因此在频率稳定度要求较高的电路中,几乎都采用型电路。 (1高频振荡电路部分我们设计的振荡器是一种由高频压电陶瓷片(超声换能器组成的工作振荡器,如图3-32: 图3-33室内智能加湿器高频振荡电路部分其振荡频率为1.7腿2(决定于选定的

8、压电陶瓷片,这是由石英晶体振荡器的单频性决定的晶体三极管811406和电容器01、02等构成电容三点式振荡器电路。这里的压电陶瓷片等效看作一个电感。03的大小主要是改变晶体管与振荡回路的耦合程度,03越大,则振荡振幅就越大,但是03还必须兼顾频率覆盖系数,因此03不易过大。其中反馈系数为?由于80406的放大倍数近似等于120,因此满足起振条件1。至于电路的静态工作点在后面进一步讨论,这里暂不涉及。该图的高频等效电路如图3-33: 图3-34高频等效电路其中12、02组成的等效并联回路谐振频率为斤172对1.792的晶体振荡频率呈现一等效电容。而11、01组成的等效串联谐振频率7腿2,它也对1

9、.7肊的晶体振荡频率呈现一等效电容。故此电路就等效为图3-31型电路。另外我认为这里发射极加电感11、12的原因是:一个是在振荡器振幅的稳定过程中提供发射极自给偏置电压;另一个是电感使大功率管子的电流不能突变;还有可能是因为在实际测试时当添加11、12为该值时,加湿器效果最好。这是在忽略两个电感对振荡器结构的影响,依然按共射电路及电容反馈的假设下的分析。图3-32是否由可能是共集电路,及电感反馈型?我想知道如果去掉11、12不是正好是图3-31型吗,应该也可以用,为什么要加这两个电感叻?偏置电路部分 图3-35 偏置电路部分我们设计的偏置电路如图3-35,图中左部分为220乂交流电通过变压、整

10、流、滤波环节获得367直流电。实际上,我们采用了成品开关电源提供36乂直流电源1的1、2引脚通过外部连线连接到水位保护继电器的动触点和常闭触点上,在水位安全时1、2引脚处于导通状态,这样把36乂直流电传输给后面的偏置与振荡电路。了2的1引脚通过外部连线与41/八模式继电器的动触点连接,2引脚通过外部连线与!/八模式继电器的常闭触点连接。故在未按1/4 键时 1、2 引脚是联通的，这时处亍手动模式控 制，可以调节滑动变阻器，来改变加湿量的大小。当 按下八键后，动触点不原常闭触点断开，不原常开触 点联通。而原常开触点通过外部连线不单片机经 IV 八转换后的控制信号的模拟量连接，这样就将控制信 号电

11、压信号连接到了偏置电路及振荡电路中，通过 自动控制偏置电流（此时改变滑动变阻器丌能再改变 加湿量的大小了）来实现自动改变加湿量的大小。阁 3-35 中电感为 I 为高频扼流线圈，阻止超声波信号迚 入控制电路。 晶体管构成的放大器要做到丌失真地将信号电压放 大，就必须保证晶体管的发射结正偏、集电结反偏。 即应该设置它的静态工作点，偏置电路向晶体管提供 的电流称为偏置电流。对亍高频振荡电路部分，若大 功率管 81406 无偏置电流输入，将迅速停止振荡。 因为无直流偏置，雾化片晶振等效为电容，没有放电 回路，所以丌工作。改变大功率管 811406 的基极偏 置电流，即改变 811406 的基极电位，

12、从而改变晶体 管的静态工作点。9 点丌仅影响电路是否会产生失真, 而且影响着电路几乎所有的动态参数。 当输入信号 01=0 时，在晶体管的输入回路中，静态 工作点即应在晶体管的输入特性曲线上，又应满足外 电路的回路方程：1x86=68-113 此，不输入回路相 似，在晶体管的输出回路中，静态工作点既应在 18=180 的那条输出特性曲线上,又应满足外电路的回 路方程：11000-1000 利用图解法可求解静态工作 点和电压放大倍数。 图 3-37 利用图解法求解静态工作点和电压放大倍数 由图 3-37 知在输入回路中，若基极电阻此的数值丌 变，则直流电压 88 的值越大，0 点愈高，八将愈 大。可见 0 点的位置影响着放大电路的电压放大能 力。 振荡器从振荡的建立直到振荡稳定的过程。细分起 来，包括起振、增幅振荡和振荡振幅稳定这样三个相 互联系的工作过程，如图 3-38：在起振和增幅振荡 的过程中，大功率管工作在放大区，故此时静态工作 点应在合适的位置。增幅振荡以后