程控任意波形功率电源的研究

3．4 功率放大电路
经由D／A转换器形成的模拟波形信号必须经过功率放大环节以提高输出信号带负载的能力。信号通过功率放大电路时会不同程度地受到噪声的污染，造成信号的幅度、相位的稳定度和失真度被严重削弱，因此高稳定度、低失真度电压及电流功率放大器的研制至关重要。
尽管市场上存在各种各样的线性功率集成放大器，如OPA548是一种高电压，高电流的运算放大器，但其最大输出功率仅为56 W，远远不能满足设计的需要。设计中采用分立器件构建OCL功率放大器，并在传统开环功率放大器的基础上加以改进，设计低噪声、宽频带的闭环功率放大器。功率放大电路的原理图如下图4所示，电路由差动放大级、偏置电路、准互补功放级及射级输出级等部分组成。三极管VQ1、VQ2和VQ3构成差动输入级，VQ4和VQ5为功放级提供偏置电流，VQ7、VQ8和VQ9、VQ10分别构成NPN和PNP型复合管，经复合管组成的准互补功放级放大后并行输出。VQ4、VQ5、VD1和VD2构成功放复合管静态偏置电路，静态时使复合管处于微导通的状态，使功放级工作于甲乙类状态，以克服交越失真。R5、R4组成电流串联负反馈电路，以提高电路的稳定性，减小非线性失真。VQ4、VQ5可选互补的且参数相等的小功率管，输出级应该采用选用大功率管，并需要考虑大功率管的散热问题。此功放的闭环增益为：

4 系统软件的设计
系统软件的设计和编写对整个系统的正常运行起着积极重要的作用，软件编写的好坏直接影响系统功能和性能的好坏。系统软件采用C语言编写。
系统主要流程图如下图5所示。

5 测试结果
5．1 输出电压测试结果
经功放输出后，信号的电压值如下表1所示。

分析：误差存在的原因在于D／A的转换误差和功率放大电路受外界噪声干扰，从而引起的输出电压幅度的波动。
5．2 频率测试结果
输出信号的频率测试结果如下表2所示。

分析：由于输出信号的频率范围较宽，在将频率合理分段时计算所得参数与器件选择有不同的出入，同时考虑到所用晶振的稳定性以及印制电路板后对系统电路的影响等都会引起输出频率的偏差。
5．3 相位测试结果
输出信号的相位的测试结果如下表3所示。

分析：引起相位误差的主要原因有二，其一在于两路输出信号电路的非完全对称性造成；其二在于两路的功放的相移不同。

6 总结
电源的所有数字电路部分采用FPGA芯片实现，提高了集成度和电路的可性，使输出信号具有频率稳定度高、相位噪声低和信号失真度小的特点，不但简化了系统电路的设计而使得硬件电路体积小、重量轻，同时使得系统工作的可靠性大大提高，降低了设计成本，从而获得了很好的性价比。测试结果表明设计实现了既定指标，各参数的误差均在可接受的范围内。
任意波形功率电源一方面可作为参考电源应用于仪表校验，更重要的是可作为驱动电源应用于振动研究、新型传感器研究、微机电系统研究、微流体研究、纳米系统研究等精密工程领域，从而提供所需的信号。