分立元件振蕩電路要點

     上一次告別時，張老師交給小孫一張由分立元件構成的電路圖，要小孫預習。小孫沒有找到相關的參考書，只能根據開關電源的原理分析其基本工作過程，并畫了一個簡圖，如圖7－23所示。他說：

“這里，晶體管VT是用來作為開關的。當VT截止時，相當于開關斷開，繞組W₁沒有電壓；當VT從截止狀態轉換成飽和導通的狀態時，相當于開關閉合，繞組W₁上得到直流電壓U_D，脈沖上升，如圖7－23（a）所示；當VT又從飽和狀態轉換成截止狀態時，相當于開關又斷開，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的轉換過程，我還看不大明白。”

張老師微笑著點點頭說：“掌握這個基本過程很重要，這就抓住了要領。要掌握振蕩電路的工作過程，有三個要點：首先是晶體管是怎樣從截止狀態轉向飽和導通的，其次是又怎樣從飽和導通狀態轉向截止，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C₁上有了足夠大的電壓時，就開始向VT₁提供基極電流，如虛線②所示，VT₁開始導通后，變壓器的一次繞組W₁就有了電流，二次繞組W₂就產生了感應電動勢E₂，極性是上‘－’、下‘＋’。E₂通過R₅和VD₂進一步向VT₁提供基極電流，如圖中之虛線③所示，并發生強烈的正反饋過程：

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的感應電動勢，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的飽和過程中已經開始做準備了。在I_C1上升的過程中，二次繞組W₃也產生感應電動勢E₃，經整流和濾波后得到5V輸出電壓U_O。光耦合器PC₁的發光二極管得到電流I_D，使光敏三極管處于導通狀態。二次繞組W₂產生的E₂就通過光耦合器向電容器C₂充電，如虛線④所示，為VT₂的導通并飽和做準備。

    當C₂上的電壓足夠大時，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的感應電動勢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，結果是使VT₂迅速截止，為下一個脈沖的上升做準備。

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提前飽和導通，VT₁提前截止，脈沖的寬度變窄，占空比減小。

4．穩壓過程

當輸出電壓U_O發生波動時，是怎樣穩壓的呢？你說說看。”

小孫笑了，因為張老師已經把要點都交待清楚了。所以，他信心十足地說：

“假設輸出電壓偏高了（＞5V），光耦合器里，發光二極管的電流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的感應電動勢E₃減小，最終使偏高的輸出電壓降下來。我說的對不對？”

 “很好。現在，如果用電力MOSFET來作為開關器件，看看有什么區別” 張老師說著，又拿出了圖7－26，并示意小孫自己來進行分析。

以電力MOSFET為開關器件的振蕩電路

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電容器？變頻器的直流電源在通過R₂～R₄之后，應該先向電容器充電呀，類似圖7－26中的C₁那樣。”

“的確應該有一個電容器的。不過，在電力MOSFET的G、S之間，還隱藏著一個結電容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：“當變頻器接通電源后，其直流電壓U_D就通過R₁～R₄向結電容C_GS充電，如圖7－26中之虛線①所示。當C_GS上有了足夠的電壓時， VT₁開始導通，變壓器的一次繞組W₁就有了電流，二次繞組W₂就產生了感應電動勢E₂，極性是上‘＋’、下‘－’。E₂通過R₅和VD₂進一步向VT₁提供柵極電壓，如圖中之虛線②所示，并發生強烈的正反饋過程：

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也產生感應電動勢E₃，經整流和濾波后得到5V輸出電壓U_O。光耦合器PC₁的發光二極管得到電流I_D，使光敏三極管處于導通狀態。二次繞組W₂產生的E₂就通過光耦合器向電容器C₃充電，如虛線③所示，為VT₂的導通并飽和做準備。

當C₃上的電壓足夠大時，就向VT₂的基極提供基極電流，于是VT₂導通并很快飽和，結電容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，你回去預習一下。”

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小　孫　的　筆　記

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

2．分立元件開關電源電路里，開關器件從飽和到截止，是通過第二個晶體管的飽和導通，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晶體管飽和導通的快慢，最終取決于脈沖變壓器二次電壓的高低，并因此而得到穩壓的效果。

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