控制框图的应用——线性稳压电源电路

模拟电路的精髓是反馈控制，反馈控制的源于自动控制原理。

通常按照控制系统是否设有反馈环节来进行分类：设有反馈环节的，称为闭环控制系统；不设反馈环节的，则称为开环控制系统。若系统输出量通过反馈环节返回来作用于控制部分，形成闭合环路，这样的系统称为闭环控制系统，又称为反馈控制系统。

为了表明反馈控制系统的组成以及信号的传递情况，通常把系统各个环节用框图表示，并用箭头标明各作用量的传递情况。图1是图2所示系统的框图。框图可以把系统的组成简单明了地表达出来。

图1 电炉箱恒温自动控制系统

图2 自动控制系统的框图

由图2可以看出，一般自动控制系统包括：
①给定元件——由它调节给定信号，以调节输出量的大小，此处为电位器。
②检测元件——此处为热电偶。
③比较环节——在此处，反馈信号与给定信号进行叠加，信号的极性“+”或“-”表示。若为负反馈，则两信号相反。若极性相同，则为正反馈。
④放大元件——由于偏差信号一般很小，所以要经过电压放大及功率放大，以驱动执行元件。此处为晶体管或运放。
⑤执行元件——此处为伺服电动机、减速器和调压器。
⑥控制对象——在此恒温系统中即为电炉。
⑦反馈环节——由它将输出量引出，再回送到控制部分。     

由图2可以看出，一般自动控制系统的各种作用量和被控制量有：
①输入量——又称控制量或参考输入量，所以输入量的角标常用i(或r)表示。②输出量——又称被控制量，所以输出量角标常用o(或c)表示。③反馈量——反馈量的角标常以f表示。④扰动量——又称干扰或“噪声”(Noise)，所以扰动量的角标常以d(或n)表示。⑤中间变量——它是系统各环节之间的作用量。它是前一环节的输出量，也是后一环节的输入量。如图2中的△U、Ua、UR等就是中间变量。

下面通过线性稳压电源电路，来说明系统组成和框图。图3为线性稳压电源电路，试分别指出哪个量是给定量、被控量、反馈量、扰动量？画出系统的框图。

图3 线性稳压电源电路

要画出控制系统方块图，第一步（也是关键的一步）就是搞清系统的工作原理或工作过程。在如图1所示的电路中，被控量是负载（电阻ＲＬ）上的电压ＵＬ(输出电压)。

若不采用稳压电源，将负载直接接到整流电路（图中未画出）的输出电压Ｕ上，则当负载电流ＩＬ增加（ＲＬ减小）时，整流电源的等效内阻上的电压降落将增加，使整流输出电压Ｕ（此时即为负载上的电压）降低。当然，若电网电压波动，也会使整流输出电压产生波动。设整流输出电压的波动为△Ｕ，它是造成负载上电压不稳定的主要原因。

如今增设了稳压电路，此时负载上的电压不再是整流电压Ｕ，而是整流电压在经调整管Ｖ２的调节后输出的电压ＵＬ。Ｖ２导通程度愈大，则输出电压ＵＬ大些，反之将小些。由图可见，调整管Ｖ２的导通程度将取决于放大管Ｖ１的导通程度。Ｖ１管的发射极电位由电阻Ｒ２和稳压管Ｖ３构成的稳压电路提供恒定的电位。Ｖ１管基极电位ＵＡ取决于负载电压ＵＬ（由Ｒ３和Ｒ４构成的分压电路提供输出的负载电压ＵＬ的采样信号ＵＡ）。

当负载电压ＵＬ因负载电流增加（或电网电压下降）而下降时，则ＵＡ下降；由于Ｖ１发射极电位恒定，于是Ｕ１ｂｅ将减小；这将导致Ｖ１的集电极电流Ｉｃ１减小，此电流在电阻Ｒ１的压降（Ｉｃ１Ｒ１）也将减小；这将是调压管Ｖ２的基极电位升高，Ｖ２的导通程度加大，使输出电压Ｕ２增加，从而起到自动补偿的作用。其自动调节过程参见下图。

由以上分析可知，此系统的输出量为ＵＬ，给定值取决于稳压管Ｖ３的稳压值，检测元件为Ｒ３、Ｒ４构成的分压电路，反馈信号为电压负反馈，执行元件为调压管Ｖ２，放大元件为Ｖ１，扰动量为整流输出电压的波动△Ｕ。由此可画出如图所示的框图。

审核编辑 ：李倩