控制框圖的應用——線性穩(wěn)壓電源電路

模擬電路的精髓是反饋控制，反饋控制的源于自動控制原理。

通常按照控制系統(tǒng)是否設有反饋環(huán)節(jié)來進行分類：設有反饋環(huán)節(jié)的，稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)；不設反饋環(huán)節(jié)的，則稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。若系統(tǒng)輸出量通過反饋環(huán)節(jié)返回來作用于控制部分，形成閉合環(huán)路，這樣的系統(tǒng)稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)，又稱為反饋控制系統(tǒng)。

為了表明反饋控制系統(tǒng)的組成以及信號的傳遞情況，通常把系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)用框圖表示，并用箭頭標明各作用量的傳遞情況。圖1是圖2所示系統(tǒng)的框圖?？驁D可以把系統(tǒng)的組成簡單明了地表達出來。

圖1 電爐箱恒溫自動控制系統(tǒng)

圖2自動控制系統(tǒng)的框圖

由圖2可以看出，一般自動控制系統(tǒng)包括：
①給定元件——由它調節(jié)給定信號，以調節(jié)輸出量的大小，此處為電位器。
②檢測元件——此處為熱電偶。
③比較環(huán)節(jié)——在此處，反饋信號與給定信號進行疊加，信號的極性“+”或“-”表示。若為負反饋，則兩信號相反。若極性相同，則為正反饋。
④放大元件——由于偏差信號一般很小，所以要經過電壓放大及功率放大，以驅動執(zhí)行元件。此處為晶體管或運放。
⑤執(zhí)行元件——此處為伺服電動機、減速器和調壓器。
⑥控制對象——在此恒溫系統(tǒng)中即為電爐。
⑦反饋環(huán)節(jié)——由它將輸出量引出，再回送到控制部分。

由圖2可以看出，一般自動控制系統(tǒng)的各種作用量和被控制量有：
①輸入量——又稱控制量或參考輸入量，所以輸入量的角標常用i(或r)表示。②輸出量——又稱被控制量，所以輸出量角標常用o(或c)表示。③反饋量——反饋量的角標常以f表示。④擾動量——又稱干擾或“噪聲”(Noise)，所以擾動量的角標常以d(或n)表示。⑤中間變量——它是系統(tǒng)各環(huán)節(jié)之間的作用量。它是前一環(huán)節(jié)的輸出量，也是后一環(huán)節(jié)的輸入量。如圖2中的△U、Ua、UR等就是中間變量。

下面通過線性穩(wěn)壓電源電路，來說明系統(tǒng)組成和框圖。圖3為線性穩(wěn)壓電源電路，試分別指出哪個量是給定量、被控量、反饋量、擾動量？畫出系統(tǒng)的框圖。

圖3 線性穩(wěn)壓電源電路

要畫出控制系統(tǒng)方塊圖，第一步（也是關鍵的一步）就是搞清系統(tǒng)的工作原理或工作過程。在如圖1所示的電路中，被控量是負載（電阻ＲＬ）上的電壓ＵＬ(輸出電壓)。

若不采用穩(wěn)壓電源，將負載直接接到整流電路（圖中未畫出）的輸出電壓Ｕ上，則當負載電流ＩＬ增加（ＲＬ減?。r，整流電源的等效內阻上的電壓降落將增加，使整流輸出電壓Ｕ（此時即為負載上的電壓）降低。當然，若電網電壓波動，也會使整流輸出電壓產生波動。設整流輸出電壓的波動為△Ｕ，它是造成負載上電壓不穩(wěn)定的主要原因。

如今增設了穩(wěn)壓電路，此時負載上的電壓不再是整流電壓Ｕ，而是整流電壓在經調整管Ｖ２的調節(jié)后輸出的電壓ＵＬ。Ｖ２導通程度愈大，則輸出電壓ＵＬ大些，反之將小些。由圖可見，調整管Ｖ２的導通程度將取決于放大管Ｖ１的導通程度。Ｖ１管的發(fā)射極電位由電阻Ｒ２和穩(wěn)壓管Ｖ３構成的穩(wěn)壓電路提供恒定的電位。Ｖ１管基極電位ＵＡ取決于負載電壓ＵＬ（由Ｒ３和Ｒ４構成的分壓電路提供輸出的負載電壓ＵＬ的采樣信號ＵＡ）。

當負載電壓ＵＬ因負載電流增加（或電網電壓下降）而下降時，則ＵＡ下降；由于Ｖ１發(fā)射極電位恒定，于是Ｕ１ｂｅ將減?。贿@將導致Ｖ１的集電極電流Ｉｃ１減小，此電流在電阻Ｒ１的壓降（Ｉｃ１Ｒ１）也將減小；這將是調壓管Ｖ２的基極電位升高，Ｖ２的導通程度加大，使輸出電壓Ｕ２增加，從而起到自動補償的作用。其自動調節(jié)過程參見下圖。

由以上分析可知，此系統(tǒng)的輸出量為ＵＬ，給定值取決于穩(wěn)壓管Ｖ３的穩(wěn)壓值，檢測元件為Ｒ３、Ｒ４構成的分壓電路，反饋信號為電壓負反饋，執(zhí)行元件為調壓管Ｖ２，放大元件為Ｖ１，擾動量為整流輸出電壓的波動△Ｕ。由此可畫出如圖所示的框圖。

審核編輯 ：李倩