OCL互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器的性能分析

李 新

（河南工業(yè)貿(mào)易職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州 450000）

0 引言

在電子電路中，放大電路是最基本的功能電路，一個(gè)實(shí)用的放大電路要求能夠?qū)λ糯蟮男盘?hào)源信號(hào)進(jìn)行不失真地放大和輸出，并能向所驅(qū)動(dòng)的負(fù)載提供足夠大的功率。[1]因此，放大電路的輸出級(jí)就是一個(gè)功率放大電路。在能量控制和轉(zhuǎn)換方面，功率放大電路和其它放大電路沒(méi)有本質(zhì)上的區(qū)別，只是功率放大電路不單純追求輸出高電壓或者大電流，而是追求在一定的電源電壓下，輸出盡可能大的功率和效率。此外，在功率放大電路中，由于晶體管處于大信號(hào)工作狀態(tài)，管耗大，輸出也不可避免地會(huì)產(chǎn)生一定的非線性失真，因此功放電路還要解決好輸出功率和非線性失真的矛盾以及功放管的散熱和保護(hù)等問(wèn)題?；パa(bǔ)電路是應(yīng)用非常廣泛的功率放大電路，其中OCL電路因低頻特性較好、便于集成被廣泛應(yīng)用于集成電路。本文以O(shè)CL功率放大電路為例，對(duì)功率放大器的輸出功率、效率、功放管的耗散功率、交越失真及消除方法等電路性能作簡(jiǎn)要分析。

1 電路組成

圖1所示為OCL互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路。T1為NPN管，T2為PNP管，兩個(gè)晶體管的參數(shù)完全相同，輸入信號(hào)接在兩管的基極，負(fù)載電阻RL接在兩管的發(fā)射極，構(gòu)成射極輸出器，由正、負(fù)等值的雙電源供電。由于兩個(gè)管子互補(bǔ)對(duì)方的不足，工作性能對(duì)稱，故稱為互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路。

圖1 OCL乙類互補(bǔ)對(duì)稱電路

2 性能分析

2.1 輸出功率

功放電路的輸出功率即負(fù)載RL上獲得的功率，用Po表示。它等于負(fù)載兩端交流電壓有效值和流過(guò)負(fù)載的交流電流有效值的乘積。用Uom、Iom分別表示交流輸出電壓和交流輸出電流的幅值。當(dāng)忽略電路失真，輸入信號(hào)為正弦信號(hào)時(shí)，有：

輸出電壓Uom越大，輸出功率Po越高，當(dāng)三極管進(jìn)入飽和區(qū)時(shí)，輸出電壓最大，Uom≈UCC,所以電路最大不失真輸出功率為

2.2 效率

直流電源提供的功率PE等于平均電流與電源電壓之積。在乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路中，兩個(gè)電源各提供半個(gè)周期的電流，每個(gè)電源提供的平均電流為：

功率放大器的效率就是輸出功率與電源提供的功率之比。理想情況下，電路最大效率為：

2.3 管耗

在功率放大電路中，晶體管消耗的功率PT等于直流電源提供的功率PE與輸出功率Po之差，即：

單個(gè)管子的最大管耗約等于0.2Pom

3 交越失真及其消除

乙類工作狀態(tài)的功放電路，當(dāng)兩個(gè)三極管輪流導(dǎo)通時(shí)，由于死區(qū)電壓的存在，當(dāng)輸入信號(hào)小于功放管的死區(qū)電壓時(shí)，管子仍處于截止?fàn)顟B(tài)，因此輸出信號(hào)在正、負(fù)半周的交接處產(chǎn)生波形失真，如圖2所示，這種失真稱為“交越”失真。輸入電壓越小，交越失真越嚴(yán)重。

圖2 交越失真

圖3 OCL甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放電路

為了克服交越失真，可在兩個(gè)三極管的基極之間接入兩個(gè)二極管，如圖3所示。這樣在兩個(gè)晶體管的基極之間產(chǎn)生一個(gè)偏壓，[2]使得當(dāng)ui=0時(shí)，兩個(gè)晶體管已處于微導(dǎo)通狀態(tài)。這樣，在輸入信號(hào)的作用下，兩管在一個(gè)周期內(nèi)的導(dǎo)通時(shí)間都比半個(gè)周期要多一些，工作在甲乙類工作狀態(tài)，在負(fù)載上輸出不失真的信號(hào)波形，因此稱為甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放電路。在實(shí)際中，為提高工作效率，在設(shè)置偏壓時(shí)，應(yīng)盡可能接近乙類，因此，通常甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放電路的參數(shù)估算可近似按乙類來(lái)處理。[3]

［1］李仁華，馮赟.電子技術(shù)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2010：52.

［2］蘇士美.模擬電子技術(shù)[M].北京：人民郵電出版社，2007：128.

［3］黃冬梅.電子技術(shù)[M].北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，2011：122.