用于電力載波輸出的功率放大器設(shè)計(jì)

　　電力載波通信(power line comrnunication，PLC)是電力系統(tǒng)特有的通信方式，電力載波通信是指利用現(xiàn)有電力線，通過載波方式將模擬或數(shù)字信號進(jìn)行高速傳輸?shù)募夹g(shù)。最大特點(diǎn)是不需要重新架設(shè)網(wǎng)絡(luò)，只要有電線，就能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞?，F(xiàn)在，PLC除了在遠(yuǎn)程抄表上有所應(yīng)用外，隨著家庭智能系統(tǒng)這個話題的興起，也給PLC帶來了一個新的舞臺。在電力載波系統(tǒng)輸出級，需要對調(diào)制好的信號進(jìn)行放大，本文使用共射放大電路和OTL電路分別對電壓和電流進(jìn)行放大，為了控制輸出信號的諧波失真率，對偏置電路和反饋電路進(jìn)行了改進(jìn)，同時(shí)在設(shè)計(jì)中考慮溫度影響，使電路可以在室外環(huán)境中正常工作。

　　1 放大器的設(shè)計(jì)要求和基本電路

　　根據(jù)國家電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的要求，載波信號的總諧波失真應(yīng)小于O.05%，由于需要在室外工作，所以電路需要能夠在-30℃的環(huán)境中正常工作，輸出功率應(yīng)達(dá)到1 W。在本設(shè)計(jì)中，為了達(dá)到輸出功率的需求，供電部分采用12 V直流供電，電源內(nèi)阻為10 Ω。信號源為數(shù)/模轉(zhuǎn)換芯片的輸出信號，頻率為132 kHz，信號電壓峰值為2.5 V，芯片內(nèi)阻為2 kΩ。負(fù)載為電力線，在仿真中采用如圖1所示的人工電源網(wǎng)絡(luò)模型。

　　基本電路如圖2所示，Q9為前級放大，Q8，Q12為后級輸出。輸入與輸出之間引入負(fù)反饋，調(diào)節(jié)增益，使得輸出功率滿足實(shí)際應(yīng)用的需要，同時(shí)起到降低諧波失真的作用。前后級直接耦合，以簡化電路，降低成本。

　　2 溫度影響

　　2.1 溫度降低的影響及解決辦法

　　當(dāng)溫度降低時(shí)，使得晶體管集電極電流降低，而基極電流增大，當(dāng)Q9基極電流增大時(shí)，R5電流增大，兩端壓降也隨之增大，而R5左端電壓為O.7 V基本不變，于是右端電壓上升，使得靜態(tài)工作點(diǎn)高于Vcc/2，于是輸出波形的正半周頂端出現(xiàn)失真。

　　解決方法：

　　(1)被動溫度適應(yīng)法。加大負(fù)反饋降低增益，即R7的設(shè)定值降低，使得靜態(tài)工作點(diǎn)的上升不至于使輸出波形失真。缺點(diǎn)是降低了輸出。把R7調(diào)整為3 kΩ，電路可以在-30℃下正常工作，基波3 V，三次諧波為1 mV。

　　(2)主動溫度補(bǔ)償法：將R5設(shè)定為可變電阻，當(dāng)溫度降低時(shí)，降低R5阻值，使靜態(tài)工作點(diǎn)保持不變，也就避免了輸出波形的失真。

　　2.2 溫度上升的影響及解決辦法

　　使用推挽式輸出級通常要通過偏置電路消除交越失真，最簡單的方法是使用D7和D8兩個二極管來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)負(fù)載電流較大時(shí)，三極管溫度升高，be間電壓降低，而二極管電流并不大，其正向?qū)妷篤e變化不大，這樣，Vbe和Ve之間的電位差使得三極管中流過的電流加大，溫度進(jìn)一步上升，電位差更大，三極管電流也更大，最終使三極管發(fā)生熱損壞。解決方法：

　　(1)如圖3所示，在2個三極管射極輸出端串聯(lián)2個電阻，限制電流。

　　(2)使用如圖4所示的電路，將3個三極管靠近，使它們熱耦合，則隨著溫度變化，Q3兩端電壓也會變化，從而抑制了熱擊穿。

　　當(dāng)三極管功率不是太大時(shí)，可以直接使用二極管偏置。