分立元件振蕩電路要點(diǎn)

     上一次告別時(shí)，張老師交給小孫一張由分立元件構(gòu)成的電路圖，要小孫預(yù)習(xí)。小孫沒有找到相關(guān)的參考書，只能根據(jù)開關(guān)電源的原理分析其基本工作過程，并畫了一個(gè)簡(jiǎn)圖，如圖7－23所示。他說：

“這里，晶體管VT是用來作為開關(guān)的。當(dāng)VT截止時(shí)，相當(dāng)于開關(guān)斷開，繞組W₁沒有電壓；當(dāng)VT從截止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)換成飽和導(dǎo)通的狀態(tài)時(shí)，相當(dāng)于開關(guān)閉合，繞組W₁上得到直流電壓U_D，脈沖上升，如圖7－23（a）所示；當(dāng)VT又從飽和狀態(tài)轉(zhuǎn)換成截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，相當(dāng)于開關(guān)又?jǐn)嚅_，繞組W₁上的電壓降為0V，脈沖下降，如圖7－23（b）所示。

至于這VT的轉(zhuǎn)換過程，我還看不大明白。”

張老師微笑著點(diǎn)點(diǎn)頭說：“掌握這個(gè)基本過程很重要，這就抓住了要領(lǐng)。要掌握振蕩電路的工作過程，有三個(gè)要點(diǎn)：首先是晶體管是怎樣從截止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)向飽和導(dǎo)通的，其次是又怎樣從飽和導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)向截止，最后是占空比是怎樣決定的。下面，來具體地分析一下。

1．晶體管VT₁的飽和

    當(dāng)變頻器接通電源后，其直流電壓U_D就通過R₁～R₄向電容器C₁充電，如圖7－24中之虛線①所示。當(dāng)C₁上有了足夠大的電壓時(shí)，就開始向VT₁提供基極電流，如虛線②所示，VT₁開始導(dǎo)通后，變壓器的一次繞組W₁就有了電流，二次繞組W₂就產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E₂，極性是上‘－’、下‘＋’。E₂通過R₅和VD₂進(jìn)一步向VT₁提供基極電流，如圖中之虛線③所示，并發(fā)生強(qiáng)烈的正反饋過程：

I_B1↑→I_C1↑→E₂↑→I_B1↑↑

→I_C1↑↑→E₂↑↑→I_B1↑↑↑

上述分析中：

       I_B1—VT₁的基極電流，A；

I_C1—VT₁的集電極電流，A；

E₂—W₂的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，V。

VT₁因此而迅速飽和，在此過程中，W₁上得到的電壓從0V上升為U_D。

2．晶體管VT₁的截止

VT₁的截止是由VT₂來控制的。如果VT₂飽和導(dǎo)通，C₁將通過VT₂放電，VT₁因失去基極電流而截止。

這件事情在VT₁的飽和過程中已經(jīng)開始做準(zhǔn)備了。在I_C1上升的過程中，二次繞組W₃也產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E₃，經(jīng)整流和濾波后得到5V輸出電壓U_O。光耦合器PC₁的發(fā)光二極管得到電流I_D，使光敏三極管處于導(dǎo)通狀態(tài)。二次繞組W₂產(chǎn)生的E₂就通過光耦合器向電容器C₂充電，如虛線④所示，為VT₂的導(dǎo)通并飽和做準(zhǔn)備。

    當(dāng)C₂上的電壓足夠大時(shí)，就向VT₂的基極提供基極電流，如圖中之虛線⑤所示，于是VT₂導(dǎo)通并很快飽和，電容器C₁通過VT₂放電，如圖7－25中的虛線⑥所示，從而使VT₁截止，一次繞組W₁上的電壓迅速下降為0V。

在 W₁里的電流下降的過程中，W₂的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E₂的極性變成為上‘＋’下‘－’，它將很快地吸收掉C₂上的電荷，如圖中的虛線⑦所示，結(jié)果是使VT₂迅速截止，為下一個(gè)脈沖的上升做準(zhǔn)備。

3．占空比的決定

在上述過程中，脈沖的寬度取決于C₂充電的快慢，而C₂的充電速度又取決于光耦合器中，光敏三極管電流I_T的大小。顯然，I_T大，C₂的充電過程快，VT₂提前飽和導(dǎo)通，VT₁提前截止，脈沖的寬度變窄，占空比減小。

4．穩(wěn)壓過程

當(dāng)輸出電壓U_O發(fā)生波動(dòng)時(shí)，是怎樣穩(wěn)壓的呢？你說說看。”

小孫笑了，因?yàn)閺埨蠋熞呀?jīng)把要點(diǎn)都交待清楚了。所以，他信心十足地說：

“假設(shè)輸出電壓偏高了（＞5V），光耦合器里，發(fā)光二極管的電流I_D將增大（I_D↑），光敏三極管的電流I_T也增大（I_T↑），電容器C₂的充電速度加快，晶體管VT₂提前導(dǎo)通并飽和，VT₁提前截止，一次繞組W₁上的脈沖寬度變窄，占空比D減小，W₃的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E₃減小，最終使偏高的輸出電壓降下來。我說的對(duì)不對(duì)？”

 “很好�，F(xiàn)在，如果用電力MOSFET來作為開關(guān)器件，看看有什么區(qū)別” 張老師說著，又拿出了圖7－26，并示意小孫自己來進(jìn)行分析。

以電力MOSFET為開關(guān)器件的振蕩電路

小孫拿著圖紙思索了好一陣，露出了一種頗有疑問的神色，終于忍不住問：“老師，這張圖上是不是少畫了一個(gè)電容器？變頻器的直流電源在通過R₂～R₄之后，應(yīng)該先向電容器充電呀，類似圖7－26中的C₁那樣。”

“的確應(yīng)該有一個(gè)電容器的。不過，在電力MOSFET的G、S之間，還隱藏著一個(gè)結(jié)電容C_GS呢。”張老師提示說。

小孫于是仿照著張老師的思路，分析說：“當(dāng)變頻器接通電源后，其直流電壓U_D就通過R₁～R₄向結(jié)電容C_GS充電，如圖7－26中之虛線①所示。當(dāng)C_GS上有了足夠的電壓時(shí)， VT₁開始導(dǎo)通，變壓器的一次繞組W₁就有了電流，二次繞組W₂就產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E₂，極性是上‘＋’、下‘－’。E₂通過R₅和VD₂進(jìn)一步向VT₁提供柵極電壓，如圖中之虛線②所示，并發(fā)生強(qiáng)烈的正反饋過程：

U_G↑→I_D↑→E₂↑→U_G↑↑→I_D↑↑→E₂↑↑→U_G↑↑↑

上述分析中：

       U_G—VT的柵極電壓，V；

I_D—VT的漏極電流，A。

VT₁因此而迅速飽和，在此過程中，W₁上得到的電壓從0V上升為U_D。

在I_D上升的過程中，二次繞組W₃也產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E₃，經(jīng)整流和濾波后得到5V輸出電壓U_O。光耦合器PC₁的發(fā)光二極管得到電流I_D，使光敏三極管處于導(dǎo)通狀態(tài)。二次繞組W₂產(chǎn)生的E₂就通過光耦合器向電容器C₃充電，如虛線③所示，為VT₂的導(dǎo)通并飽和做準(zhǔn)備。

當(dāng)C₃上的電壓足夠大時(shí)，就向VT₂的基極提供基極電流，于是VT₂導(dǎo)通并很快飽和，結(jié)電容C_GS通過VT₂放電，如圖7－26中的曲線④所示，使VT₁截止，一次繞組W₁上的電壓迅速下降為0V。

如果二次電壓偏高，光耦合器PC₁的發(fā)光二極管電流I_D和光敏三極管電流I_T都增大，電容器C₃的充電速度加快，VT₁提前截止，脈沖寬度變窄，脈沖的占空比減小，使偏大的二次電壓降下來。”

張老師笑著說：“很好。下一次，我們將討論集成了的振蕩心片，你回去預(yù)習(xí)一下。”

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小　孫　的　筆　記

       1．分立元件開關(guān)電源電路里，開關(guān)器件從截止到飽和，是通過正反饋過程而完成的，從而得到脈沖的上升沿。

2．分立元件開關(guān)電源電路里，開關(guān)器件從飽和到截止，是通過第二個(gè)晶體管的飽和導(dǎo)通，使控制極的電容器迅速放電而完成的，從而得到脈沖的下降沿。

       3．脈沖的占空比取決于第二個(gè)晶體管飽和導(dǎo)通的快慢，最終取決于脈沖變壓器二次電壓的高低，并因此而得到穩(wěn)壓的效果。

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