交流稳频电源,由于其幅值和频率稳定度高,波形失真小,输出功率大,在电子、机电行业,特别是在精密加工机械、半导体加工设备的制造、交流仪器仪表的调校、磁性材料的测量等测试系统中,作为激励源或信息源得到广泛的应用，也可以取代传统的电动机－发电机机组,在航天航空航海和精密加工等行业得到应用。
1工作原理
交流稳频电源根据其工作方式可分为波形控制式和逆变器式。波形控制式是将信号源输出的正弦波信号作为基准,采用线性放大器进行功率放大,通过耦合度高的线性变压器与负载相连。这种稳频电源波形失真小,稳定度高。逆变器式与波形控制式的主电路结构基本相同,只是采用开关式逆变器取代线性放大器,通过正弦波脉冲宽度调制技术(SPWM),使主电路中的电力电子器件工作于超音频范围的开关状态,输出正弦波脉宽调制波,然后再通过滤波电路还原成正弦波,这种稳频电源效率高,无噪声。但由于工作在开关状态,有一定的开关干扰,波形失真程度较大,其应用范围受到一定的限制。目前,一般多采用波形控制式稳频电源作为测试激励源,采用逆变器式作为大功率驱动电源。
根据输出交流电源的相数,稳频电源可分为单相
式,两相正交式和三相对称式。单一输出量的稳频稳压源由于各相间的相移恒定,因此不需要移相调节电路。当输出物理量既要求有电压回路,还要求有电流回路,且电压与电流的相位差要求既能调节又能稳定以适应不同负载时,则相应的稳频稳压/稳流电源应包括电压和电流输出回路。其结构如图1所示。
（a）单相式CVCF (b)两相正交式CVCF (c)三相对称式CVCF
图1 CVCF原理框图
稳频稳压电源的稳幅原理取决于图2所示的稳幅放大电路。其中精密整流电路将稳频稳压源输出的交流电压取样,经整流变换为幅值与输出的交流量成正比的直流电压Uf,稳幅放大电路将此Uf作为幅值反馈电压,并与基准源Uj相比较,取其偏差量Uj－Uf进行积分放大,以改变可变增益放大器的增益。当频率稳定、幅值也稳定的信号源输出的正弦波通过可变增益放大器时,由于其增益取决于偏差量,故使输入到功率放大器的信号幅值改变,从而自动调节其输出的幅值。如由于某一原因使稳压源的输出幅值Uo下降时,则经过精密整流后的幅值反馈电压Uf也降低,使比较器的偏差量增大,经积分放大后,使可变增益放大器的增益提高,从而使功率放大器的输入信号增大,稳频稳压源的输出幅值Uo增大,以达到幅值稳定的目的。
波形反馈环是将稳频稳压源的输出量取样后,以负反馈的形式反馈到功率放大器的输入端,使功率放大器的净输入信号为输入信号与反馈信号的偏差。通过这一较强的负反馈以减小功率放大器的非线性失真,使稳频稳压源的输出波形尽量接近信号源的输出波形。
图2稳幅原理框图
2CVCF的稳定度分析
2.1CVCF的频率稳定度分析
CVCF的频率稳定度在很大程度上取决于振荡器,因此,设计一个符合要求的振荡器是CVCF的关键之一。
首先,对任一振荡器在不考虑电阻R时,其振荡频率可用一般表达式表示:
如果由于外界条件使L和C分别变化了△L和△C,则频率的偏移量为
△f=－(f△C/C＋f△L/L)/2
频率的相对变化量为
△f/f=－(△C/C＋△L/L)/2（1）
电感的变化量△L取决于温度和湿度的变化以及机械振动等因素,电容的变化量△C除与湿度和温度的变化有关外,还与电路的杂散分布电容、负载电容、元件的老化失效等因素有关。
其次，振荡回路的有功负载将影响谐振回路的品质因数Q,从而影响振荡频率的稳定度。一般来说,Q值越高,频率稳定度越好,反之频率稳定度越差。而谐振回路的品质因数Q为:
Q=ωoL/R=1/（ωoRC）（2）
可见,振荡回路的有功负载—R的变化,将影响Q值,继而影响频率稳定度,而谐振回路的有功负载R往往取决于导线的电阻、高频集肤效应、磁心的磁滞、涡流损耗及负载电阻等因素。
再次,电路元件的内部相移也将影响频率稳定度。如晶体管由于结电容的存在,以及少数载流子在基区内的扩散时间的影响,使集电极电流总要滞后于基极输入电压的变化,即它们之间存在一个相移角φ，对这一附加相移φ在振荡器中不可能考虑,因而使总相移增大。另外这一相移φ还随电源电压和温度的变化而变化，这些都可能使谐振电路的频率产生偏离。
2.2CVCF的幅值稳定度分析
若将功率放大器,驱动电路和波形反馈电路所构成的闭环看成是CVCF的波形环节,则CVCF的稳幅放大电路是一个单闭环系统。
对于稳幅放大电路,其静态结构如图3所示:K1为波形环节的增益,α为精密整流系数,un为给定基准电压,K2为可变增益放大器的增益