专利名称：可控硅正弦波振荡器的制作方法
技术领域：
本发明论及一种用可控硅或具有可控硅功能的组件产生正弦波振荡的电路。
一个典型的现有技术是串联逆变器。电路图如
图1(《晶体管电路(第二册)》，清华大学电子工程系、工业自动化系编，科学出版社1976年版)。若可控硅1原来是导通的，则只要可控硅2导通，可控硅1就关断，反之亦然。外加触发信号的周期如大于电感器3或电感器4和电容器5、7及电阻性负载6所形成的RLC回路的自由谐振周期，则称为自然换向，其输出波形如图2A;外加触发信号的周期如大于电感器3或电感器4和电容器5、7及电阻性负载6所形成的RLC回路的自由谐振周期，则称为强迫换向，其输出波形如图2B;外加触发信号周期如等于电感器3或电感器4和电容器5、7及电阻性负载6所形成的RLC回路的自由谐振周期，则称为临界换向，其输出波形如图2C。从图2A、2B、2C可以发现，临界换向时，输出波形最接近正弦波。但在负载或频率变动的过程中要保证临界换向是十分困难的。因此，串联逆变器的主要缺点在于需要外加触发信号，输出波形差。
本发明的目的是利用RLC回路中电容上的电压来产生触发信号，从而去掉外加触发信号，保证临界换向，并简化电路，提高可靠性。
本发明提供的可控硅正弦波振荡器的特征在于当充电可控开关导通后，电源对RLC串联回路充电，由于感性元件的作用当充电电流为零时，电容性元件两端电压高于电源两端电压，通过放电触发电路利用其差值触通放电可控开关;当放电可控开关开通后，电容性元件充上电的RLC串联回路放电，由于电感器的作用，放电电流为零时，电容性元件被反向充电，通过充电触发电路利用其反压来触通充电可控开关。
上述充电电感性元件和放电电感性元件的电感量一般是相等的，如不相等，则输出波形的正半波与负半波的时间间隔不等，产成波形失真;并且相互之间一般有互感，它的作用在于完成可控开关的关断，当然，如果可控开关的关断时间很短或振荡频率很低，那么在电流为零时就能完成可控开关自然关断，从而充电电感性元件和放电电感性元件之间可以不要求有互感;为了防止它们对触发信号的干扰，充电电感性元件和放电电感性元件一般应连接在充电可控开关和放电可控开关的两端，其连接方式为充电电感性元件的首端与电源(+)连接，尾端与充电可控开关连接，放电电感性元件的首端与放电可控开关连接，尾端与电源负(-)连接。但是，如果充电电感性元件和放电电感性元件之间有互感，足以完成强迫换向，那么，它们可以放在充电可控开关和放电可控开关的中间，其连接方式为;充电电感性元件的首端与充电可控开关相连，尾端与放电电感性元件的首端相连，放电电感性元件的尾端与放电可控开关相连。
上述电容性元件在工作过程中承受的正向电压大于电源电压，如果使用电压保护措施，那么它承受的正向电压就是保护电压。如果不使用电压保护措施，那么它承受的正向电压与负载等多方因素有关;电容性元件在工作过程中承受的反向电压大于用于充电可控开关导通的电压，其具体数值与有无电压保护和负载大小等因素有关。
放电触发电路将电容上的正向电压与电源电压的差值电压整形、变换为导通放电可控开关所需的开关信号，充电触发电路将电容上的反向电压整形、变换为导通充电可控开关所需的开关信号，放电触发电路和充电触发电路可以是二极管、三极管、集成电路、或其它有源或无源电路。
电压保护措施可利用充电电感性元件和放电电感性元件上电压超过某一数值后向电源送回多余的能量，也可利用与充电电感性元件和放电电感性元件有互感作用的电感性元件向电源送回多余的能量，还可利用电容上的电压超过某一数值后向电源送回多余的能量。
上述振荡器中的充电可控开关要求控制端相对于可控开关的电流流出端加正的触发信号后，充电可控开关从阻断状态变为导通状态，一直到流过充电可控开关的电流为零，并保护一段时间才关断。放电可控开关要求当控制端相对于可控开关的电流流入端加负载的触发信号后，放电可控开关从阻断状态变为导通状态，一直到流过放电可控开关的电流为零，并保持一段时间后才关断。
本发明的优点在于电路简单，输出波形好，可靠性高，如图3的方案中，只有两个双向可控硅，两个电感器，二个恒流二极管，一个无极性电容器和一个电阻性负载，共8个元件，电路十分简单，工作稳定可靠。当充电可控开关导通后，电源经充电电感性元件和负载向电容性元件充电电流为零时，电容性元件上的电压立即通过放电触发电路加在放电可控开关的触发端，使放电可控开关立即导通，同理放电结束时，充电可控开关又立即导通，因此，它能满足临界换向的条件，从而输出波形好。
图3是本发明的一个较好的实施方案的原理电路图。它由充电的电感器6、充电的双向可控硅1、放电的双向可控硅2，充电触发的恒流二极管4，放电触发的恒流二极管3、无极性电容器7、电源9，电阻性负载8组成。它的工作分为起动过程和稳定工作过程。
在起动前双向可控硅1、2均关断，无极性电容器7充有电荷，其A端相对于B端为负，无极性电容器未与电路接通。起动时，将无极性电容器7与电路接通，电容器7上的电荷经过电感器6、恒流二极管4、双向可控硅1的触发端放电，触通了双向可控硅1，电流经电感器5和电阻性负载8对无极性电容器充电，由于电感器5的作用，在充电电流为零时，无极性电容器7两端电压大于电源9两端电压，于是无极性电容器7经过双向可控硅2的触发端和恒流二极管3对电源9放电，从而触通了双向可控硅2，起动过程结束。
振荡器进入稳定工作状态后，无极性电容器7两端电压加在电感器6的两端，由于互感，电感器5的感应电压迫使双向可控硅1关断，无极性电容器7经双向可硅2放电，由于电感器6的作用，在放电电流为零时，无极性容器7被反向充电，其B端相对于A端为正。无极性电容器7上的电荷经电感器6、恒流二极管4和双向可控硅1的触发端放电，而从触通了双向可控硅1，于是电源9经电感器5和电阻性负载8对无极性电容器7充电，在充电的初始阶段由于互感，电感器6两端的感应电压迫使双向可控硅2关断，当充电电流为零时，由于电感器5的作用，无极级容器7两端电压大于电源9两端电压，于是无极性电容器7经过双向可控硅2的触发端和恒流二极管3，对电源9放电，从而触通了双向可控硅2。在无极性电容器7充放电过程中，负载8得到能量。重复上述过程产生稳定的振荡。本例的输出波形较好，在固定负载下使用。
图4是本发明的又一个较好实施方案的原理电路图。它由充电的电感器5，放电的电感器6，充电的双向可控硅1，放电的双向可控硅2，无极性电容器7，二极管3、4，电阻性负载8，电源9组成。充电电感器5的匝数大于放电电感器6的匝数，电感器5、6之间有互感作用。它的工作分为起动过程和稳定工作过程。
在起动前双向可控硅1、2均关断，无极性电容器7充有电荷，其A端相对于B端为负，无极性电容器7未与电路接通。起动时，将无极性电同器7与电路接通，电容器7上的电荷经过电感器6，二极管4和双向可控硅1的触发端放电，触通了双向可控硅1，电流经电感器5和电阻性负载8对无极性电容器7充电，当充电电流达到极大值时，电感器5、6两端的电压通过充电的双向可控硅1和二极管3加在放电双向可控硅2的触发端，从而触通了放电的双向可控硅2，起动过程结束。
振荡器进入稳定的工作状态后，无极性电容器7两端电压加在电感器6的两端，由于互感，电感器5的感应电压迫使况向可控硅1关断，无极性电容器7经双向可控硅2放电，由于互感器6的作用，在放电电流为零时，无极性电容器7被反向充电，其B端相对于A端为正。无极性电容器7上的电荷经二极管4和充电的双向可控硅1的触发端放电，从而触通了双向可控硅1，于是电源9经电感器5和电阻性负载8对无极性电容器7充电，在充电初始阶段，由于互感，电感器6两端的感应电压迫使双向可控硅2关断，当充电电流达到最大值时，电感器5、6两端的电压通过充电的双向可控硅1和二极管3加在放电的双向可控硅2的触发端，从而触通了放电的双向可控硅2。在无极性电容器的充放电过程中，负载8得到能量。重复上述过程产生稳定的振荡。本例的输出波形较差。
图5是本发明又一个较好的实施方案的原理电路图。它由充电的单向可控硅1，放电的双向可控硅2，充电触发的整流二极管3，放电触发的整流二极管4，充电的电感器5，放电的电感器6，图容器7、8，电阻性负载9，保护的电感器11，保护的整流二极管12、13、14、15，电源10组成。
本实施例的工作原理与图3实施例的工作原理基本相同，不同处在于本实施例使用了电感器11，二极管12、13、14、15的保护电路，其保护电压取为电源电压与可控硅导通所需的触发电压之和，从而只使用整流二极管就可以完成可控硅的触发。保护电路的工作原理为当充电电感器5上的电压高于保护电压时，电感器11两端的电压大于电源10两端的电压，经过二极管12、13、14、15桥式整流后，将多余的能量送回电源;当放电电感器6上的电压高于保护电压时，电感器11两端的电压大于电源10两端电压，经二极管12、13、14、15桥式整流后，将多余的能量送回电源。本例输出波形较好，可以在变动的负载下使用。
图6是本发明的又一个较好的实施方案的原理电路图，它由电感器5、6、13，电解电容7、8，用于触发的晶体三极1管3、4晶体三极管1、2、13、12，负载9，电源10，整流二极管15、14组成。
本实施例的工作原理与图3实施例的工作原理基本相同，不同处在于本实施例使用两只晶体三极管1、2来代替一只控制极相对于阴极加正的触发信号能开通的单向可控硅，使用两只晶体三极管12、13来代替一只控制极相对于阳极极加负的触发信号能开通的单向可控硅;利用有极性的电解电容7、8和整流二极管15、14的组件来代替正反两方向耐压不同的无极性电容;利用电感器11从电感器5、6中取出能量供给负载9。
以上各实施例中，各元件的数值根据电源电压、工作频率、输出功率和负载情况而定。
权利要求
1.本发明是可控硅正弦波振荡器，它属于可控开关振荡器，其特征是A、当电源通过充电电感性元件和充电可控开关对电容性元件充电的充电电流为零时，通过放电触发电路，利用电容性元件和电源电压的差值来触通放电可控开关。B、当电容性元件通过放电电感元件和放电可控开关放电的放电电流为零时，通过充电触发电路，利用电容性元件的反压来触通充电可控开关。
2.根据权利要求1、本发明的特征是充电可控开关可以是双向可控硅，可以是控制极相对于阴极加正的触发信号能导通的单向可控硅或具有此功能的组件和元件。
3.根据权利要求1、本发明的特征是放电可控开关可以是双向可控硅，可以是控制极阳极性加负触发信号能导通的单向可控硅或具有此功能的组件和元件。
4.根据权利要求1、本发明的特征是放电触发电路是利用电容性元件的电压和电源电压的差值来产生放电触发信号的二极管、三极管、集成电路或电路组件和元件。
5.根据权利要求1、本发明的特征是充电触发电路是利用电容性元件的反压来产生充电触发信号的二极管、三极管、集成电路或电路组件和元件。
6.根据权利要求1、4、5，本发明的特征是电容性元件可以是无极性电容器，可以是正反向耐压不同的电容器，或具有此功能的组件和元件。
全文摘要
本发明属于可控开关振荡器。它解决了串联逆变器需要外加触发信号和难以临界换向的问题。它的主要技术特征在于利用电容性元件上的电荷对电源的放电来触通放电的可控开关，利用电容性元件的反压来触通充电的可控开关。附图是它的一个实施例，它由双向可控硅1、2，恒流二极管3、4，电感5、6，电容器7，负载8，电源9组成。它的优点在于去掉了外触发信号，电路简单，输出波形好，工作稳定可靠。
文档编号H02M7/523GK1045900SQ89101749
公开日1990年10月3日 申请日期1989年3月22日 优先权日1989年3月22日
发明者封先河 申请人:封承群