專利名稱：電力線載波功率放大器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電力線載波通信設備，具體地說是電力線載波通信設備中發(fā)送通道為保證發(fā)送的高頻載波信號的功率達到額定電平而設計的電力線載波功率放大器。
背景技術：
電力線載波通信是一種利用輸電線路作為信號傳輸通道的通信方式，由于電力線機械強度高、安全可靠、投資少、高頻損耗小、受氣候環(huán)境影響小等特點，所以電力線載波通信一直是我國以及世界范圍內(nèi)電力系統(tǒng)通信的重要方式之一。在我國的電力系統(tǒng)通信中，各級調度中心與變電站之間的距離遠近不一，在作為傳輸通道的輸電線路上時有橋路和T型網(wǎng)絡連接出現(xiàn)，使得傳輸信號被分流，尤其在較長距離的輸電線路上，被傳輸信號的衰耗很大。而電力線載波通信設備為了克服線路帶來的衰耗并滿足將信號有效無誤傳輸?shù)侥康牡氐囊螅瑢λ褂玫墓β史糯笃鞯墓ぷ餍阅軇t相應提出了較高的要求。
近年來，國內(nèi)的眾多電力線載波通信設備生產(chǎn)廠商也在積極優(yōu)化功率放大器的設計方案，但由于采用的是以大功率晶體三極管類器件進行的設計，使得在對輸出功率與信號質量兩方面的保證上不能同時兼顧。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的意在克服上述現(xiàn)有技術的不足，提出一種既具有足夠高的放大倍數(shù)，又能保證瞬時過載信號不會失真的電力線載波功率放大器。
實現(xiàn)上述目的的技術方案一種電力線載波功率放大器，包括輸入濾波電路、前置放大器、主放大電路、靜態(tài)/動態(tài)工作點調整電路、反饋控制電路、峰值延遲自動增益控制電路和輸出變壓器T1，載波信號經(jīng)輸入濾波電路濾波后接前置放大器放大，其中主放大電路包括由三極管Q1、Q2、Q7、Q8組成的恒流源差動放大電路、由互補三極管Q5、Q6組成的共射極輸出放大電路和功率MOS管Q9、Q10互補源極OCL放大輸出電路，前置放大器的輸出經(jīng)阻容耦合接恒流源差動放大電路的三極管Q1基極，三極管Q1、Q2的共射極輸出接互補管Q5的基極，三極管Q1的集極輸出經(jīng)三極管Q4倒相后接互補管Q6的基極，互補管Q5、Q6的射極輸出分別接Q9、Q10的柵極，經(jīng)Q9、Q10功率MOS管源極的功率平衡電阻輸出經(jīng)電容耦合后由輸出變壓器T1輸出；靜態(tài)/動態(tài)工作點調整電路跨接于互補管Q5、Q6的基極之間，用于調節(jié)互補管Q5、Q6的靜態(tài)工作點；反饋控制電路是將變壓器T1初級的電壓信號經(jīng)過阻容耦合分壓后反饋到Q2的基極，用于調整放大倍數(shù)；
在Q2基極輸出與前置放大器的反相比較端之間設置峰值延遲自動增益控制電路，峰值延遲自動增益控制電路由R014、C010、D04、Q18和MOS管Q01組成，用于控制前置放大器的放大倍數(shù)。
所述功率MOS管Q9由三只功率MOS管Q9A、Q9B、Q9C源極串聯(lián)功率平衡電阻后并聯(lián)輸出，所述功率MOS管Q10由三只MOS管Q10A、Q10B、Q10C源極串聯(lián)功率平衡電阻后并聯(lián)輸出，輸出信號經(jīng)C27耦合到輸出變壓器T1的初級。
在所述前置放大器和主放大電路輸入之間串聯(lián)分壓電路，分壓電路經(jīng)撥碼開關SW1分壓輸出。
在Q2基極輸出端連接過載報警電路，用于當信號峰值出現(xiàn)瞬間過大時，發(fā)出報警信號。
設置溫控及報警電路由插入散熱器M1內(nèi)的溫度傳感器Q15將檢測到的溫度信號轉換成電壓信號與比較器A2B設置的比較電壓比較后輸出控制風扇電路和發(fā)光二極管報警電路。
采用上述技術方案，本實用新型有益的技術效果在于1、采用絕緣柵型場效應管(簡稱MOS管)，并設計成互補源極輸出形式，保證有足夠大的增益，在國內(nèi)目前唯一使用這種器件設計電路，生產(chǎn)制作成載波功率放大器并投入使用。2、針對電力線載波通信設備的工作特點和使用要求，選用MOS管比雙極型晶體管有以下優(yōu)點a、MOS管是電壓控制器件，它用輸入電壓來控制輸出電流的變化來完成工作目的，在其柵極上基本不取電流，更符合整機設備功率大、電流小的要求；b、MOS管是利用多子導電，其濃度受溫度、輻射等外界條件的影響小，在環(huán)境變化比較劇烈的條件下，采用MOS管的功率放大器的工作狀態(tài)更為穩(wěn)定、可靠；c、與雙極型晶體管相比，MOS管的噪聲系數(shù)較小，當信(號)噪(聲)比的矛盾較突出時，采用MOS管的功率放大器更能保證信號的質量；d、MOS管的輸入阻抗高、動態(tài)范圍大，使得放大信號的高頻特性依然良好。3、設置分壓電路，可根據(jù)輸入信號的大小進行調節(jié)輸出四種功率，最大可達60W。4、電路設計中，通過溫控系統(tǒng)控制風扇的開、停，達到降溫目的，保證惡劣環(huán)境照常工作。5、通過設置溫度報警和輸出功率過載報警，功率放大器安全、可靠。6、在電路設計中采用峰值型延遲和自動增益控制，保證瞬時過載信號不會失真。綜上所述，本實用新型結構簡單、巧妙、實用性強，使發(fā)送的高頻載波信號在40KHz～500KHz的頻率范圍內(nèi)失真度低、信號畸變小，其綜合性能遠遠超過一般電力線載波通信設備中常用的雙極型晶體管輸出形式的功率放大器。


圖1電力線載波功率放大器的一種實現(xiàn)電路圖。
具體實施方式
一種電力線載波功率放大器，如圖1所示，包括輸入濾波電路、前置放大器、分壓電路、主放大電路、靜態(tài)/動態(tài)工作點調整及反饋控制電路、過載報警、溫控及報警電路、輸出變壓器T1和輸出狀態(tài)指示燈電路。其中
由L1、C01及C02構成輸入濾波電路。
前置放大器采用運算放大器A1(LF357)，濾波電壓通過R03分壓送入運放LF357。
前置放大器和主放大電路輸入之間串聯(lián)分壓電路，分壓電路由R07、R017、R08、R09、R6、R7、R018組成T型衰耗網(wǎng)絡并通過撥碼開關SW1分四檔輸出，分別為10W、20W、40W、60W。
主放大電路由三極管放大電路和功率MOS管互補源極OCL放大輸出電路組成，三極管放大電路包括由Q1、Q2和Q7、Q8組成的恒流源差動放大電路、由互補三極管Q5、Q6組成的共射極輸出放大電路，分壓電路的輸出信號經(jīng)R1、R2、C1、C2耦合后接恒流源差動放大電路的三極管Q1基極，三極管Q1、Q2的共射極輸出接互補管Q5的基極，三極管Q1的集極輸出經(jīng)三極管Q4倒相后接互補管Q6的基極，互補管Q5、Q6的射極輸出分別接Q9、Q10兩組MOS管放大電路，第二級放大功率管Q9、Q10采用與Q5、Q6同極性的功率MOS管，實現(xiàn)功率MOS管互補源極輸出甲乙類放大，其中，Q9采用三只功率MOS管(Q9A、Q9B、Q9C)源極串聯(lián)功率平衡電阻后并聯(lián)輸出，同樣Q10也采用三只MOS管(Q10A、Q10B、Q10C)源極串聯(lián)功率平衡電阻后并聯(lián)輸出，輸出信號經(jīng)C27耦合到輸出變壓器T1的初級，從變壓器T1次級輸出到差接網(wǎng)絡。
靜態(tài)/動態(tài)工作點調整及反饋控制電路包括由三極管Q3、調節(jié)電位器VR3、R14、C4、R15構成的靜態(tài)工作點(零點)調整電路和由R29、C11、R5、C10、R4等構成的反饋控制電路，靜態(tài)工作點(零點)調整電路跨接于互補管Q5、Q6的基極之間用于調節(jié)互補管Q5、Q6的靜態(tài)工作點，根據(jù)差動鏡相原理，由VR3和Q3對電路進行零點調整，保證后級放大電路在無信號輸入時，輸出為零，有信號時對輸入信號正負半周進行同等放大平衡輸出。在無信號輸入時，通過調節(jié)電位器VR3可改變Q5、Q6的工作狀態(tài)，使Q5、Q6微導通，同時將兩組MOS管置于微導通狀態(tài)，保證其動態(tài)工作時工作點在MOS管線性區(qū)域，其輸出的信號在變壓器的2腳經(jīng)由R29、C11、R5、C10、R4等組成的反饋電路取回，改變了Q2的基極電壓，使整個差動放大電路中的輸出發(fā)生改變，通過Q4后，讓Q3的工作狀態(tài)控制Q5、Q6的電壓，使其截止，保證無信號輸出。在動態(tài)情況下，輸出反饋電路控制著差動放大器Q1、Q2和Q7、Q8的集電極輸出，通過Q4、Q3調節(jié)Q5、Q6的放大電壓，使整個后級放大倍數(shù)和效果保持不變。
峰值延遲自動增益控制電路由R014、C010、D04、Q18和MOS管Q01組成，當信號峰值出現(xiàn)瞬間過大時，Q2基極輸出的信號經(jīng)R014、C010分壓耦合，經(jīng)D04整流使18導通，因Q18導通，從而控制開關MOS管Q01截止，降低運放A1(LF357)的放大倍數(shù)，使信號輸出幅度立即下降，從而保護電路不過載。
過載報警電路由R014、C010、D04、Q18、D15、R40、A2A和D1組成，當信號峰值出現(xiàn)瞬間過大時，Q2基極輸出的信號經(jīng)R014、C010分壓耦合，經(jīng)D04整流使18導通，經(jīng)D15、R40改變了比較器A2A(LM393)3腳的輸入端電平，使LM393中的控制門翻轉，改變1腳輸出電平驅動報警紅燈D1亮。
溫控及報警電路由溫度傳感器Q15、A2B(LM393)和外圍電路R36、R37、R17、R39、R41、R015、R38、R40、R42等組成。溫度傳感器Q15插入散熱器M1內(nèi)，散熱器M1位于功放板內(nèi)側，占電路板1/3左右，MOS管金屬面貼合M1，當MOS管(Q9、Q10)工作一定時間后，散熱器M1溫度升高，使Q15受熱，導通電流增大，使R42上的壓降增大，其值超過LM393的5腳電位后，使控制門翻轉，7腳輸出低電平，使Q16導通，接通風扇電路，開始風冷降溫，通過溫控系統(tǒng)控制風扇的開、停，達到降溫目的。風扇電路故障等造成散熱器溫度超過報警溫度時，使LM393中的控制門翻轉，改變1腳輸出電平驅動發(fā)光二極管D1報警。
輸出狀態(tài)指示燈電路主要由比較器A3A～A3D、D11～D14組成，從變壓器T1次級輸出經(jīng)Q19射極分壓電阻R10、R11分壓后與各比較器設置電壓比較，由發(fā)光二極管D11～D14指示輸出功率狀態(tài)。
工作時，調制好的載波信號經(jīng)電感L1阻容耦合、R03分壓送入A1(LF357)的3腳同相輸入端進行前置放大，該運放為同相型運算放大器(電壓串聯(lián)負反饋電路)，放大后的信號從6腳輸出，通過VR2可調電位器調節(jié)前置放大倍數(shù)，放大倍數(shù)K＝4～12。經(jīng)分壓電路改變分壓比后可使功放輸出四種不同功率，即10W、20W、40W、60W。信號經(jīng)前置放大、分壓后輸出到主放大電路的輸入級，經(jīng)C2耦合輸入由三極管Q1、Q2、Q7、Q8組成具有恒流源的差動放大電路，經(jīng)Q4倒相電路，提供一對幅度相當和相位相反的信號給互補管Q5、Q6，最后由放大功率管Q9、Q10實現(xiàn)功率MOS管互補源極輸出甲乙類放大，由Q9和Q10各采用三只功率MOS管并行輸出，提高了放大倍數(shù)與效果，第主放大電路的放大倍數(shù)K＝200，輕松滿足了該功率放大器60W的輸出功率要求。
綜上所述，本功率放大器采用二級放大，第一級采用運放LF357，第二級采用功率MOS管互補源極并設計成典型的OCL輸出形式。該功率放大器設計總增益達到了2000倍，在實際使用中，可根據(jù)輸入信號的大小進行調節(jié)。電路設計中，散熱采用風冷式，通過溫控系統(tǒng)控制風扇的開、停，達到降溫目的。同時通過兩種報警模式溫度報警和輸出功率過載報警，保護了放大器安全、可靠的工作。另外，通過采用峰值型延遲自動增益控制，保證瞬時過載信號不會失真。
權利要求1.一種電力線載波功率放大器，包括輸入濾波電路、前置放大器、主放大電路和輸出變壓器(T1)，其特征在于還包括靜態(tài)/動態(tài)工作點調整電路、反饋控制電路和峰值延遲自動增益控制電路，載波信號經(jīng)輸入濾波電路濾波后接前置放大器放大，其中主放大電路包括由三極管(Q1、Q2、Q7、Q8)組成的恒流源差動放大電路、由互補三極管(Q5、Q6)組成的共射極輸出放大電路和功率MOS管(Q9、Q10)互補源極OCL放大輸出電路，前置放大器的輸出經(jīng)阻容耦合接恒流源差動放大電路的三極管(Q1)基極，三極管(Q1、Q2)的共射極輸出接互補管(Q5)的基極，三極管(Q1)的集極輸出經(jīng)三極管(Q4)倒相后接互補管(Q6)的基極，互補管(Q5、Q6)的射極輸出分別接(Q9、Q10)的柵極，經(jīng)(Q9、Q10)功率MOS管源極的功率平衡電阻輸出經(jīng)電容耦合后由輸出變壓器(T1)輸出；靜態(tài)/動態(tài)工作點調整電路跨接于互補管(Q5、Q6)的基極之間，用于調節(jié)互補管(Q5、Q6)的靜態(tài)工作點；反饋控制電路是將變壓器(T1)初級的電壓信號經(jīng)過阻容耦合分壓后反饋到(Q2)的基極，用于調整放大倍數(shù)；在(Q2)基極輸出與前置放大器的反相比較端之間設置峰值延遲自動增益控制電路，峰值延遲自動增益控制電路由R014、C010、D04、Q18和MOS管Q01組成，用于控制前置放大器的放大倍數(shù)。
2.根據(jù)權利要求1所述電力線載波功率放大器，其特征在于所述功率MOS管(Q9)由三只功率MOS管(Q9A、Q9B、Q9C)源極串聯(lián)功率平衡電阻后并聯(lián)輸出，所述功率MOS管(Q10)由三只MOS管(Q10A、Q10B、Q10C)源極串聯(lián)功率平衡電阻后并聯(lián)輸出，輸出信號經(jīng)(C27)耦合到輸出變壓器(T1)的初級。
3.根據(jù)權利要求1或2所述電力線載波功率放大器，其特征在于在所述前置放大器和主放大電路輸入之間串聯(lián)分壓電路，分壓電路經(jīng)撥碼開關(SW1)分壓輸出。
4.根據(jù)權利要求1，2所述電力線載波功率放大器，其特征在于在(Q2)基極輸出端連接過載報警電路，用于當信號峰值出現(xiàn)瞬間過大時，發(fā)出報警信號。
5.根據(jù)權利要求3所述電力線載波功率放大器，其特征在于在(Q2)基極輸出端連接過載報警電路，用于當信號峰值出現(xiàn)瞬間過大時，發(fā)出報警信號。
6.根據(jù)權利要求1、2所述電力線載波功率放大器，其特征在于設置溫控及報警電路由插入散熱器(M1)內(nèi)的溫度傳感器(Q15)將檢測到的溫度信號轉換成電壓信號與比較器(A2B)設置的比較電壓比較后輸出控制風扇電路和發(fā)光二極管報警電路。
7.根據(jù)權利要求3所述電力線載波功率放大器，其特征在于設置溫控及報警電路由插入散熱器(M1)內(nèi)的溫度傳感器(Q15)將檢測到的溫度信號轉換成電壓信號與比較器(A2B)設置的比較電壓比較后輸出控制風扇電路和發(fā)光二極管報警電路。
專利摘要一種電力線載波功率放大器，包括輸入濾波電路、前置放大器、主放大電路、靜態(tài)/動態(tài)工作點調整電路、反饋控制電路、峰值延遲自動增益控制電路和輸出變壓器T1，載波信號經(jīng)輸入濾波電路、前置放大器、分壓電路接主放大電路，主放大電路包括恒流源差動放大電路、由互補三極管Q5、Q6組成的共射極輸出放大電路和功率MOS管Q9、Q10互補源極OCL放大電路，靜態(tài)/動態(tài)工作點調整電路跨接于互補管Q5、Q6的基極之間；反饋控制電路是將T1初級的電壓信號反饋到Q2的基極，經(jīng)Q2基極輸出與前置放大器的反相比較端之間設置峰值延遲自動增益控制電路。本實用新型提供了一種放大倍數(shù)高、信號質量高的電力線載波功率放大器。
文檔編號H03F3/45GK2610564SQ02248410
公開日2004年4月7日 申請日期2002年9月30日 優(yōu)先權日2002年9月30日
發(fā)明者張帆 申請人:張帆