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为控制电力载波通信输出信号谐波失真率的放大器

发布时间:2019-06-04 02:41 来源:未知 编辑:admin

  电力载波通信(power line comrnunication,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。

  根据国家电网标准的要求,载波信号的总谐波失线%,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。负载为电力线所示的人工电源网络模型。

  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。

  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。

  (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 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线 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:

  (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。

  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。

  加入前面所述的选频负反馈电路之后,输入电阻变得很小,大概只有200~300 ,当信号源内阻变化时,会导致输出端波形变化很大,并可能出现严重失真。所以需要采取措施提高输入电阻,以降低信号源变化所带来的影响。

  方法2 当对输入电阻阻值要求不是太大时,可以简单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,此方法实现简单,成本低。

  在本应用中,信号由特定DA芯片提供,信号源内阻变化不大,适合采用第2种方法。

  最大管压降:电源采用了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仿线 mA,电流源和前级放大晶体管小于10 mA;最大功耗:经PSpice仿线 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,选择2N3904和N3906晶体管。

  根据前面所述的方法对开始的基本电路进行改进,得到最后的实用电路,如图7所示。电源:+12 V,内阻10 ;输出信号总谐波失线 k。输出阻抗:6 ;输出电压:8.3 V;最低工作温度:-30℃。

  本文从最基本功率放大电路着手,从多个方面对其进行改进,获得了较高的谐波失真性能和较高的输出功率,最终电路能够满足国家电网标准的要求和实际应用的需求。

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