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用于电力载波输出的功率放大器设计 电力载波通信(power line communication, PLC)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进行高速传输的技术。最大特 点是不需要重新架设网络，只要有电线，就能进行数据传递。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进行放大，本文使用共射放大电路和OTL电路分 别对电压和电流进行放大，为了控制输出信号的谐波失真率，对偏置电路和反馈电路进行了 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放大器的设计要求和基本电路 根据国家电网标准的要求，载波信号的总谐波失真应小于O. 05%，由于需要在室外工 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，供电部分采用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，在仿真中采用如图1所示的人工电源网络模型。 图1 人工电源网络模型 AC]IWdF小 F ，WnF卫A50 kQ AC] IWdF 小 F ，WnF 卫A 50 kQ ^ 3906 Q2N3904 a 2 基本功率或大电路 基本电路如图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，调节增益，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 级直接耦合，以简化电路，降低成本。 2温度影响 2. 1温度降低的影响及解决办法 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，于是右端电压上 升，使得静态工作点高于Vcc/2,于是输出波形的正半周顶端出现失真。 解决方法： （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，使得静态工作点的上 升不至于使输出波形失真。缺点是降低了输出。把R7调整为3 ，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设定为可变电阻，当温度降低时，降低R5阻值，使静态工作 点保持不变，也就避免了输出波形的失真。 2. 2温度上升的影响及解决办法 使用推挽式输出级通常要通过偏置电路消除交越失真，最简单的方法是使用D7和D8两 个二极管来实现。当负载电流较大时，三极管温度升高，be间电压降低，而二极管电流并 不大，其正向导通电压Ve变化不大，这样，Vbe和Ve之间的电位差使得三极管中流过的 电流加大，温度进一步上升，电位差更大，三极管电流也更大，最终使三极管发生热损坏。 解决方法： ⑴如图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）使用如图4所示的电路，将3个三极管靠近，使它们热耦合，则随着温度变化，Q3 两端电压也会变化，从而抑制了热击穿。 图3串联电配法 图4热相合方法 当三极管功率不是太大时，可以直接使用二极管偏置。 3负反馈电路的改进 将基本电路中的R8使用如图5所示的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，从而改善输出波形。 非5 nF图5 选颊反馈电珞 非 5 nF 图5 选颊反馈电珞 电容和电感的取值由公式 2H -「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，加入了电阻来调整 品质因数。 从表1可以看出，使用LC谐振作为负反馈可以在一定程度上抑制谐波失真。 两种反■电笔的比较 电电反餐 逸残痕情 4. IS V 4.】V 二次*st 25 mV 11 mV 三次谐波 11 mV 5 mV 选频负反馈的使用使得电路只使用于特定频率的功率放大，若需要较大范围的频率响应， 则不适合采用选频电路。 4偏置电路的改进 使用图6所示的恒流源代替基本电路中的电阻RL使得偏置电路中的电流不会受到输入 端的影响，从而使输出端更加稳定，降低失真。 由表2两者的对比可以看出，使用恒流源代替电阻可以使谐波失真大大降低，但是温度 特性会变差，使用中需要注意温度补偿。 *2两料■置电第的比技 候用一占 他用恒金― 4. } V 4, 2 V 11 mV 0. 4 mV -30 C使用疆淀适应法时5 -30 C使用疆淀适应法时 3. 53 V 3.22VQ.2K) 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 引入是非常有意义的。 5提高输入电阻 加入前面所述的选频负反