用于电力载波输出的功率放大器设计

1、用于电力载波输出的功率放大器设计 电力载波通信(power line comrnunication，)是电力系统特有的通信方式，电力载波通信是指利用现有电力线，通过载波方式将模拟或数字信号举行高速传输的技术。最大特点是不需要重新架设网络，只要有电线，就能举行数据传递。现在，plc除了在远程抄表上有所应用外，随着家庭智能系统这个话题的兴起，也给plc带来了一个新的舞台。在电力载波系统输出级，需要对调制好的信号举行放大，本文用法共射放大和otl电路分离对和举行放大，为了控制输出信号的谐波失真率，对偏置电路和反馈电路举行了改进，同时在设计中考虑温度影响，使电路可以在室外环境中正常工作。 1 的设计要

2、求和基本电路按照国家电网标准的要求，载波信号的总谐波失真应小于o.05%，因为需要在室外工作，所以电路需要能够在-30的环境中正常工作，输出功率应达到1 w。在本设计中，为了达到输出功率的需求，供电部分采纳12 v直流供电，电源内阻为10 。信号源为数/模转换芯片的输出信号，频率为132 khz，信号电压峰值为2.5 v，芯片内阻为2 k。负载为电力线，在中采纳1所示的人工电源网络模型。基本电路2所示，q9为前级放大，q8，q12为后级输出。输入与输出之间引入负反馈，调整增益，使得输出功率满足实际应用的需要，同时起到降低谐波失真的作用。前后级挺直耦合，以简化电路，降低成本。2 温度影响2.1

3、温度降低的影响及解决方法当温度降低时，使得晶体管集电极电流降低，而基极电流增大，当q9基极电流增大时，r5电流增大，两端压降也随之增大，而r5左端电压为o.7 v基本不变，于是右端电压升高，使得静态工作点高于vcc/2，于是输出波形的正半周顶端浮现失真。解决办法：(1)被动温度适应法。加大负反馈降低增益，即r7的设定值降低，使得静态工作点的升高不至于使输出波形失真。缺点是降低了输出。把r7调节为3 k，电路可以在-30下正常工作，基波3 v，三次谐波为1 mv。(2)主动温度补偿法：将r5设定为可变，当温度降低时，降低r5阻值，使静态工作点保持不变，也就避开了输出波形的失真。2.2 温度升高的

4、影响及解决方法用法推挽式输出级通常要通过偏置电路消退交越失真，最容易的办法是用法d7和d8两个来实现。当负载电流较大时，温度上升，be间电压降低，而二极管电流并不大，其正向导通电压ve变幻不大，这样，vbe和ve之间的电位差使得三极管中流过的电流加大，温度进一步升高，电位差更大，三极管电流也更大，终于使三极管发生热损坏。解决办法：(1)3所示，在2个三极管射极输出端串联2个电阻，限制电流。(2)用法4所示的电路，将3个三极管逼近，使它们热耦合，则随着温度变幻，q3两端电压也会变幻，从而抑制了热击穿。当三极管功率不是太大时，可以挺直用法二极管偏置。3 负反馈电路的改进将基本电路中的r8用法5所示

5、的lc谐振电路代替，可以将132 khz频率的信号正确反馈，而其他频率信号则被衰减至很小，从而充实输出波形。和的取值由公式来获得。谐振频率相同时，电容容量越小，电感数值越大，品质因数越大，选频特性越好，为了得到合适的负反馈，加入了电阻来调节品质因数。从表1可以看出，用法lc谐振奋为负反馈可以在一定程度上抑制谐波失真。选频负反馈的用法使得电路只用法于特定频率的功率放大，若需要较大范围的频率响应，则不适合采纳选频电路。4 偏置电路的改进用法图6所示的恒流源代替基本电路中的电阻r1，使得偏置电路中的电流不会受到输入端的影响，从而使输出端越发稳定，降低失真。由表2两者的对照可以看出，用法恒流源代替电阻

6、可以使谐波失真大大降低，但是温度特性会变差，用法中需要注重温度补偿。温度特性变差，但相对其对谐波失真的改进来看，此影响很小，所以在电路中恒流源的引入是十分故意义的。5 提高输入电阻加入前面所述的选频负反馈电路之后，输入电阻变得很小，也许惟独200300 ，当信号源内阻变幻时，会导致输出端波形变幻很大，并可能浮现严峻失真。所以需要实行措施提高输入电阻，以降低信号源变幻所带来的影响。办法1 通常可以采纳射级尾随电路作为前级输入端的办法来提高输入电阻，此办法效果好，成本高。办法2 当对输入电阻阻值要求不是太大时，可以容易的在输入端串联一定数值的电阻，来达到提高输入电阻的目的，此办法实现容易，成本低。

7、在本应用中，信号由特定da芯片提供，信号源内阻变幻不大，适合采纳第2种办法。6 晶体管的挑选最大管压降：电源采纳了12 v供电，所以晶体管最大管压降应大于12 v;最大电流：经pspice仿真，测得输出级的2个三极管最大电流为150 ma，电流源和前级放大晶体管小于10 ma;最大功耗：经pspice仿真，测得输出级的2个三极管最大瞬时功耗550 mw，前级放大晶体管最大瞬时功耗小于60 mw;工作温度：产品需要能在室外环境中正常工作;频率特性：截止频率大于300 khz;综合考虑，挑选2n3904和n3906晶体管。7 改进后的及性能按照前面所述的办法对开头的基本电路举行改进，得到最后的有用电路，7所示。电源：+12 v，内阻10 ;输出信号总谐波失真率约o.05%;输入阻抗：1.2 k。输出阻抗：6