专利名称：电力线载波功率放大器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电力线载波通信设备，具体地说是电力线载波通信设备中发送通道为保证发送的高频载波信号的功率达到额定电平而设计的电力线载波功率放大器。
背景技术：
电力线载波通信是一种利用输电线路作为信号传输通道的通信方式，由于电力线机械强度高、安全可靠、投资少、高频损耗小、受气候环境影响小等特点，所以电力线载波通信一直是我国以及世界范围内电力系统通信的重要方式之一。在我国的电力系统通信中，各级调度中心与变电站之间的距离远近不一，在作为传输通道的输电线路上时有桥路和T型网络连接出现，使得传输信号被分流，尤其在较长距离的输电线路上，被传输信号的衰耗很大。而电力线载波通信设备为了克服线路带来的衰耗并满足将信号有效无误传输到目的地的要求，对所使用的功率放大器的工作性能则相应提出了较高的要求。
近年来，国内的众多电力线载波通信设备生产厂商也在积极优化功率放大器的设计方案，但由于采用的是以大功率晶体三极管类器件进行的设计，使得在对输出功率与信号质量两方面的保证上不能同时兼顾。
发明内容
本实用新型的目的意在克服上述现有技术的不足，提出一种既具有足够高的放大倍数，又能保证瞬时过载信号不会失真的电力线载波功率放大器。
实现上述目的的技术方案一种电力线载波功率放大器，包括输入滤波电路、前置放大器、主放大电路、静态/动态工作点调整电路、反馈控制电路、峰值延迟自动增益控制电路和输出变压器T1，载波信号经输入滤波电路滤波后接前置放大器放大，其中主放大电路包括由三极管Q1、Q2、Q7、Q8组成的恒流源差动放大电路、由互补三极管Q5、Q6组成的共射极输出放大电路和功率MOS管Q9、Q10互补源极OCL放大输出电路，前置放大器的输出经阻容耦合接恒流源差动放大电路的三极管Q1基极，三极管Q1、Q2的共射极输出接互补管Q5的基极，三极管Q1的集极输出经三极管Q4倒相后接互补管Q6的基极，互补管Q5、Q6的射极输出分别接Q9、Q10的栅极，经Q9、Q10功率MOS管源极的功率平衡电阻输出经电容耦合后由输出变压器T1输出；静态/动态工作点调整电路跨接于互补管Q5、Q6的基极之间，用于调节互补管Q5、Q6的静态工作点；反馈控制电路是将变压器T1初级的电压信号经过阻容耦合分压后反馈到Q2的基极，用于调整放大倍数；
在Q2基极输出与前置放大器的反相比较端之间设置峰值延迟自动增益控制电路，峰值延迟自动增益控制电路由R014、C010、D04、Q18和MOS管Q01组成，用于控制前置放大器的放大倍数。
所述功率MOS管Q9由三只功率MOS管Q9A、Q9B、Q9C源极串联功率平衡电阻后并联输出，所述功率MOS管Q10由三只MOS管Q10A、Q10B、Q10C源极串联功率平衡电阻后并联输出，输出信号经C27耦合到输出变压器T1的初级。
在所述前置放大器和主放大电路输入之间串联分压电路，分压电路经拨码开关SW1分压输出。
在Q2基极输出端连接过载报警电路，用于当信号峰值出现瞬间过大时，发出报警信号。
设置温控及报警电路由插入散热器M1内的温度传感器Q15将检测到的温度信号转换成电压信号与比较器A2B设置的比较电压比较后输出控制风扇电路和发光二极管报警电路。
采用上述技术方案，本实用新型有益的技术效果在于1、采用绝缘栅型场效应管(简称MOS管)，并设计成互补源极输出形式，保证有足够大的增益，在国内目前唯一使用这种器件设计电路，生产制作成载波功率放大器并投入使用。2、针对电力线载波通信设备的工作特点和使用要求，选用MOS管比双极型晶体管有以下优点a、MOS管是电压控制器件，它用输入电压来控制输出电流的变化来完成工作目的，在其栅极上基本不取电流，更符合整机设备功率大、电流小的要求；b、MOS管是利用多子导电，其浓度受温度、辐射等外界条件的影响小，在环境变化比较剧烈的条件下，采用MOS管的功率放大器的工作状态更为稳定、可靠；c、与双极型晶体管相比，MOS管的噪声系数较小，当信(号)噪(声)比的矛盾较突出时，采用MOS管的功率放大器更能保证信号的质量；d、MOS管的输入阻抗高、动态范围大，使得放大信号的高频特性依然良好。3、设置分压电路，可根据输入信号的大小进行调节输出四种功率，最大可达60W。4、电路设计中，通过温控系统控制风扇的开、停，达到降温目的，保证恶劣环境照常工作。5、通过设置温度报警和输出功率过载报警，功率放大器安全、可靠。6、在电路设计中采用峰值型延迟和自动增益控制，保证瞬时过载信号不会失真。综上所述，本实用新型结构简单、巧妙、实用性强，使发送的高频载波信号在40KHz～500KHz的频率范围内失真度低、信号畸变小，其综合性能远远超过一般电力线载波通信设备中常用的双极型晶体管输出形式的功率放大器。
图1电力线载波功率放大器的一种实现电路图。
具体实施方式
一种电力线载波功率放大器，如图1所示，包括输入滤波电路、前置放大器、分压电路、主放大电路、静态/动态工作点调整及反馈控制电路、过载报警、温控及报警电路、输出变压器T1和输出状态指示灯电路。其中
由L1、C01及C02构成输入滤波电路。
前置放大器采用运算放大器A1(LF357)，滤波电压通过R03分压送入运放LF357。
前置放大器和主放大电路输入之间串联分压电路，分压电路由R07、R017、R08、R09、R6、R7、R018组成T型衰耗网络并通过拨码开关SW1分四档输出，分别为10W、20W、40W、60W。
主放大电路由三极管放大电路和功率MOS管互补源极OCL放大输出电路组成，三极管放大电路包括由Q1、Q2和Q7、Q8组成的恒流源差动放大电路、由互补三极管Q5、Q6组成的共射极输出放大电路，分压电路的输出信号经R1、R2、C1、C2耦合后接恒流源差动放大电路的三极管Q1基极，三极管Q1、Q2的共射极输出接互补管Q5的基极，三极管Q1的集极输出经三极管Q4倒相后接互补管Q6的基极，互补管Q5、Q6的射极输出分别接Q9、Q10两组MOS管放大电路，第二级放大功率管Q9、Q10采用与Q5、Q6同极性的功率MOS管，实现功率MOS管互补源极输出甲乙类放大，其中，Q9采用三只功率MOS管(Q9A、Q9B、Q9C)源极串联功率平衡电阻后并联输出，同样Q10也采用三只MOS管(Q10A、Q10B、Q10C)源极串联功率平衡电阻后并联输出，输出信号经C27耦合到输出变压器T1的初级，从变压器T1次级输出到差接网络。
静态/动态工作点调整及反馈控制电路包括由三极管Q3、调节电位器VR3、R14、C4、R15构成的静态工作点(零点)调整电路和由R29、C11、R5、C10、R4等构成的反馈控制电路，静态工作点(零点)调整电路跨接于互补管Q5、Q6的基极之间用于调节互补管Q5、Q6的静态工作点，根据差动镜相原理，由VR3和Q3对电路进行零点调整，保证后级放大电路在无信号输入时，输出为零，有信号时对输入信号正负半周进行同等放大平衡输出。在无信号输入时，通过调节电位器VR3可改变Q5、Q6的工作状态，使Q5、Q6微导通，同时将两组MOS管置于微导通状态，保证其动态工作时工作点在MOS管线性区域，其输出的信号在变压器的2脚经由R29、C11、R5、C10、R4等组成的反馈电路取回，改变了Q2的基极电压，使整个差动放大电路中的输出发生改变，通过Q4后，让Q3的工作状态控制Q5、Q6的电压，使其截止，保证无信号输出。在动态情况下，输出反馈电路控制着差动放大器Q1、Q2和Q7、Q8的集电极输出，通过Q4、Q3调节Q5、Q6的放大电压，使整个后级放大倍数和效果保持不变。
峰值延迟自动增益控制电路由R014、C010、D04、Q18和MOS管Q01组成，当信号峰值出现瞬间过大时，Q2基极输出的信号经R014、C010分压耦合，经D04整流使18导通，因Q18导通，从而控制开关MOS管Q01截止，降低运放A1(LF357)的放大倍数，使信号输出幅度立即下降，从而保护电路不过载。
过载报警电路由R014、C010、D04、Q18、D15、R40、A2A和D1组成，当信号峰值出现瞬间过大时，Q2基极输出的信号经R014、C010分压耦合，经D04整流使18导通，经D15、R40改变了比较器A2A(LM393)3脚的输入端电平，使LM393中的控制门翻转，改变1脚输出电平驱动报警红灯D1亮。
温控及报警电路由温度传感器Q15、A2B(LM393)和外围电路R36、R37、R17、R39、R41、R015、R38、R40、R42等组成。温度传感器Q15插入散热器M1内，散热器M1位于功放板内侧，占电路板1/3左右，MOS管金属面贴合M1，当MOS管(Q9、Q10)工作一定时间后，散热器M1温度升高，使Q15受热，导通电流增大，使R42上的压降增大，其值超过LM393的5脚电位后，使控制门翻转，7脚输出低电平，使Q16导通，接通风扇电路，开始风冷降温，通过温控系统控制风扇的开、停，达到降温目的。风扇电路故障等造成散热器温度超过报警温度时，使LM393中的控制门翻转，改变1脚输出电平驱动发光二极管D1报警。
输出状态指示灯电路主要由比较器A3A～A3D、D11～D14组成，从变压器T1次级输出经Q19射极分压电阻R10、R11分压后与各比较器设置电压比较，由发光二极管D11～D14指示输出功率状态。
工作时，调制好的载波信号经电感L1阻容耦合、R03分压送入A1(LF357)的3脚同相输入端进行前置放大，该运放为同相型运算放大器(电压串联负反馈电路)，放大后的信号从6脚输出，通过VR2可调电位器调节前置放大倍数，放大倍数K＝4～12。经分压电路改变分压比后可使功放输出四种不同功率，即10W、20W、40W、60W。信号经前置放大、分压后输出到主放大电路的输入级，经C2耦合输入由三极管Q1、Q2、Q7、Q8组成具有恒流源的差动放大电路，经Q4倒相电路，提供一对幅度相当和相位相反的信号给互补管Q5、Q6，最后由放大功率管Q9、Q10实现功率MOS管互补源极输出甲乙类放大，由Q9和Q10各采用三只功率MOS管并行输出，提高了放大倍数与效果，第主放大电路的放大倍数K＝200，轻松满足了该功率放大器60W的输出功率要求。
综上所述，本功率放大器采用二级放大，第一级采用运放LF357，第二级采用功率MOS管互补源极并设计成典型的OCL输出形式。该功率放大器设计总增益达到了2000倍，在实际使用中，可根据输入信号的大小进行调节。电路设计中，散热采用风冷式，通过温控系统控制风扇的开、停，达到降温目的。同时通过两种报警模式温度报警和输出功率过载报警，保护了放大器安全、可靠的工作。另外，通过采用峰值型延迟自动增益控制，保证瞬时过载信号不会失真。
权利要求1.一种电力线载波功率放大器，包括输入滤波电路、前置放大器、主放大电路和输出变压器(T1)，其特征在于还包括静态/动态工作点调整电路、反馈控制电路和峰值延迟自动增益控制电路，载波信号经输入滤波电路滤波后接前置放大器放大，其中主放大电路包括由三极管(Q1、Q2、Q7、Q8)组成的恒流源差动放大电路、由互补三极管(Q5、Q6)组成的共射极输出放大电路和功率MOS管(Q9、Q10)互补源极OCL放大输出电路，前置放大器的输出经阻容耦合接恒流源差动放大电路的三极管(Q1)基极，三极管(Q1、Q2)的共射极输出接互补管(Q5)的基极，三极管(Q1)的集极输出经三极管(Q4)倒相后接互补管(Q6)的基极，互补管(Q5、Q6)的射极输出分别接(Q9、Q10)的栅极，经(Q9、Q10)功率MOS管源极的功率平衡电阻输出经电容耦合后由输出变压器(T1)输出；静态/动态工作点调整电路跨接于互补管(Q5、Q6)的基极之间，用于调节互补管(Q5、Q6)的静态工作点；反馈控制电路是将变压器(T1)初级的电压信号经过阻容耦合分压后反馈到(Q2)的基极，用于调整放大倍数；在(Q2)基极输出与前置放大器的反相比较端之间设置峰值延迟自动增益控制电路，峰值延迟自动增益控制电路由R014、C010、D04、Q18和MOS管Q01组成，用于控制前置放大器的放大倍数。
2.根据权利要求1所述电力线载波功率放大器，其特征在于所述功率MOS管(Q9)由三只功率MOS管(Q9A、Q9B、Q9C)源极串联功率平衡电阻后并联输出，所述功率MOS管(Q10)由三只MOS管(Q10A、Q10B、Q10C)源极串联功率平衡电阻后并联输出，输出信号经(C27)耦合到输出变压器(T1)的初级。
3.根据权利要求1或2所述电力线载波功率放大器，其特征在于在所述前置放大器和主放大电路输入之间串联分压电路，分压电路经拨码开关(SW1)分压输出。
4.根据权利要求1，2所述电力线载波功率放大器，其特征在于在(Q2)基极输出端连接过载报警电路，用于当信号峰值出现瞬间过大时，发出报警信号。
5.根据权利要求3所述电力线载波功率放大器，其特征在于在(Q2)基极输出端连接过载报警电路，用于当信号峰值出现瞬间过大时，发出报警信号。
6.根据权利要求1、2所述电力线载波功率放大器，其特征在于设置温控及报警电路由插入散热器(M1)内的温度传感器(Q15)将检测到的温度信号转换成电压信号与比较器(A2B)设置的比较电压比较后输出控制风扇电路和发光二极管报警电路。
7.根据权利要求3所述电力线载波功率放大器，其特征在于设置温控及报警电路由插入散热器(M1)内的温度传感器(Q15)将检测到的温度信号转换成电压信号与比较器(A2B)设置的比较电压比较后输出控制风扇电路和发光二极管报警电路。
专利摘要一种电力线载波功率放大器，包括输入滤波电路、前置放大器、主放大电路、静态/动态工作点调整电路、反馈控制电路、峰值延迟自动增益控制电路和输出变压器T1，载波信号经输入滤波电路、前置放大器、分压电路接主放大电路，主放大电路包括恒流源差动放大电路、由互补三极管Q5、Q6组成的共射极输出放大电路和功率MOS管Q9、Q10互补源极OCL放大电路，静态/动态工作点调整电路跨接于互补管Q5、Q6的基极之间；反馈控制电路是将T1初级的电压信号反馈到Q2的基极，经Q2基极输出与前置放大器的反相比较端之间设置峰值延迟自动增益控制电路。本实用新型提供了一种放大倍数高、信号质量高的电力线载波功率放大器。
文档编号H03F3/45GK2610564SQ02248410
公开日2004年4月7日 申请日期2002年9月30日 优先权日2002年9月30日
发明者张帆 申请人:张帆