OCL互补对称功率放大器的性能分析

【摘 要】本文主要对OCL互补对称功率放大电路的输出功率、效率、功放管耗散功率、交越失真等电路性能进行了分析。

【关键词】OCL功放；性能；分析

0 引言

在电子电路中，放大电路是最基本的功能电路，一个实用的放大电路要求能够对所要放大的信号源信号进行不失真地放大和输出，并能向所驱动的负载提供足够大的功率。[1]因此，放大电路的输出级就是一个功率放大电路。在能量控制和转换方面，功率放大电路和其它放大电路没有本质上的区别，只是功率放大电路不单纯追求输出高电压或者大电流，而是追求在一定的电源电压下，输出尽可能大的功率和效率。此外，在功率放大电路中，由于晶体管处于大信号工作状态，管耗大，输出也不可避免地会产生一定的非线性失真，因此功放电路还要解决好输出功率和非线性失真的矛盾以及功放管的散热和保护等问题。互补电路是应用非常广泛的功率放大电路，其中OCL电路因低频特性较好、便于集成被广泛应用于集成电路。本文以OCL功率放大电路为例，对功率放大器的输出功率、效率、功放管的耗散功率、交越失真及消除方法等电路性能作简要分析。

1 电路组成

图1所示为OCL互补对称功率放大电路。T1为NPN管，T2为PNP管，两个晶体管的参数完全相同，输入信号接在两管的基极，负载电阻RL接在两管的发射极，构成射极输出器，由正、负等值的双电源供电。由于两个管子互补对方的不足，工作性能对称，故称为互补对称功率放大电路。

图1 OCL乙类互补对称电路

2 性能分析

2.1 输出功率

功放电路的输出功率即负载RL上获得的功率，用Po表示。它等于负载两端交流电压有效值和流过负载的交流电流有效值的乘积。用Uom、Iom分别表示交流输出电压和交流输出电流的幅值。当忽略电路失真，输入信号为正弦信号时，有：

P■=I■U■=■I■U■=■■

输出电压Uom越大，输出功率Po越高，当三极管进入饱和区时，输出电压最大，Uom≈UCC，所以电路最大不失真输出功率为P■=■■。

2.2 效率

直流电源提供的功率PE等于平均电流与电源电压之积。在乙类互补对称功率放大电路中，两个电源各提供半个周期的电流，每个电源提供的平均电流为：

I■=■■I■sin（ωt）d（ωt）=■=■

两个电源提供的功率为P■=2I■U■=■U■U■。

当输出功率最大时，电源提供的功率也最大。最大功率P■=■U■■。

功率放大器的效率就是输出功率与电源提供的功率之比。理想情况下，电路最大效率为：

η=■×100%=■×100%≈78.5%

2.3 管耗

在功率放大电路中，晶体管消耗的功率PT等于直流电源提供的功率PE与输出功率Po之差，即：

P■=P■-P■=■U■U■-■

当Uom=2UCC/π时，三极管消耗的功率最大，最大管耗为：

P■=■=■P■≈0.4P■

单个管子的最大管耗约等于0.2Pom

3 交越失真及其消除

乙类工作状态的功放电路，当两个三极管轮流导通时，由于死区电压的存在，当输入信号小于功放管的死区电压时，管子仍处于截止状态，因此输出信号在正、负半周的交接处产生波形失真，如图2所示，这种失真称为“交越”失真。输入电压越小，交越失真越严重。

为了克服交越失真，可在两个三极管的基极之间接入两个二极管，如图3所示。这样在两个晶体管的基极之间产生一个偏压，[2]使得当ui=0时，两个晶体管已处于微导通状态。这样，在输入信号的作用下，两管在一个周期内的导通时间都比半个周期要多一些，工作在甲乙类工作状态，在负载上输出不失真的信号波形，因此称为甲乙类互补对称功放电路。在实际中，为提高工作效率，在设置偏压时，应尽可能接近乙类，因此，通常甲乙类互补对称功放电路的参数估算可近似按乙类来处理。[3]

【参考文献】

[1]李仁华，冯赟.电子技术[M].北京：北京理工大学出版社，2010：52.

[2]苏士美.模拟电子技术[M].北京：人民邮电出版社，2007：128.

[3]黄冬梅.电子技术[M].北京：中国轻工业出版社，2011：122.

[责任编辑：薛俊歌]

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