400Hz航空中频电源的设计

400Hz航空中频电源的设计

作者：张倩昀

来源：《农村经济与科技》2017年第16期

[摘要] 400Hz中频电源是一种标准电源，经常在军用航空、民用航空及其地面控制测试设备中使用。本文设计了由振荡电路、分频电路、电压比较器电路、积分电路，LC滤波电路，放大电路、升压变压器这七个模块构成的中频电源，最终不仅实现了输出为无明显失真的正弦波，频率为400Hz，幅值可调的稳定电源电压信号，而且电源结构简单，体积小质量轻，操作方便，有一定的应用前景。

[关键词]航空；中频电源；400Hz

[中图分类号]V242.2 [文献标识码]A

400Hz中频电源被广泛应用于各种工业设备，因其具有重量轻，成本低的特点，尤其在航空领域应用表现突出。在航空导航设备中，除了50Hz的交流配电网络外，还有相当数量在使用400Hz 交流设备。过去是依靠中型频率机获得400Hz的电源，这种设备笨重，电压和频率稳定的效果不是很理想，甚至需要从非常高分贝的噪音中建立起一个特殊的舱室。当我国工业技术、军事设备日益增强，中频电源的使用无疑成为非常重要的一部分，这就要求中频电源应具备噪音低、体积小、重量轻的特点。

本文首先设计振荡电路输出800Hz的信号基准频率，通过二分频电路得到400Hz频率；再通过电压比较器电路，把振荡电路输出从0V，转化为-12V〜+12 V；再经过积分电路和LC 滤波电路，将方波转换为正弦波；再通过放大电路对电压幅值进行放大，最后通过升压变压器对电压进行升压，电源电压幅值通过滑动变阻器进行调节，最终实现了航空中频电源的设计。

1 多谐振荡电路设计

555定时器作用的振荡电路，把555定时器的U11和U12两个输入端连接在一起，再外接电阻R1，R2和电容C，构成多谐振荡器。该电路不需要外加触发信号，通电后能产生矩形脉冲或方波，产生的信号为周期性的。

本文采用Multisim软件对所设计的各个电路进行测试和仿真。多谐振荡电路的测试仿真结果如图1所示。结果显示，基于555定时器的多谐振荡电路输出波形为周期性的方波，输出频率调至800Hz，测量电压值约为2.5V。

2 分频电路设计

基于74LS90设计分频电路，实现对800Hz进行二分频，得到本文航空电源输出频率需要的400Hz。由74LS90构成的二分频电路如图2（a）所示。以INA为输入端（计数脉冲），以

QA为输出端构成一位二进制计数器。测试结果如图3所示，输出为方波，输出频率为

400Hz，测量电压值为2.5V。

3 电压比较器电路设计

因多谐振荡器生成输出电压从0V开始的方波，本文采用LM393电压比较器，把输出电压幅值范围控制在-12V到+12V之间。电压比较器电路及仿真结果如图3。由图3（b）可知，电压比较器波形为周期性方波，输出频率保持400Hz不变，输出电压值为11.857V。

4 波形转换电路设计

输出信号波形始终为方波，需要采用积分电路，将波形转换为三角波，再通过滤波电路把三角波转换为正弦波形。通过选取适当的反馈电阻Rf改善积分器的线性度。如图4（a）为积分电路波形仿真结果。结果表明，方波已经转换为三角波， LC滤波电路具有衰减小，失真小的特点，将三角波信号再输入LC选频网络，即可得到正弦波，波形仿真结果如图4（b）所示，输出得到了正弦波信号，输出频率400Hz，输出电压为1.113V。

5 放大电路及升压变压器

方波经过积分电路和LC滤波电路转变为正弦波信号后，输出电压减小，需要通过放大电路对电压进行放大，同时保证波形和频率不能发生变化。根据升压比1：20的升压变压器对电压进行放大。两电路的仿真测试结果如图5所示。仿真结果表明，输出信号为400Hz的正弦波信号，输出电压幅值可以通过滑动变阻器进行调节。

6 总结

本文首先对基于555定时器的多谐振荡电路输出800Hz的基准频率，采用74LS90设计二分频电路，得到400Hz信号，然后通过设计LM393电压比较器电路，将方波信号从0V转换为-12V～+12V的方波信号，方波再经过积分电路和LC滤波电路输出为标准的正弦波信号，最后通过放大电路和升压变压器，对电压进行放大和升压处理。在Multisim软件中的测试仿真结果为：①输出为无失真的正弦波信号；②输出频率为稳定的400Hz；③输出电压稳定，幅值可调。根据以上结果，所设计的400Hz航空中频电源具有结构简单、仿真清晰和输出波形无失真的优点，最终实现了电压稳定输出，具有非常好的应用前景。

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