OCL电路的的输出功率及效率

01OCL电路的组成及工作原理

为了消除基本OCL电路所产生交越失真，应当设置合适的静态工作点，使两只放大晶体三极管均工作在临界导通或微导通状态。能够消除交越失真的OCL电路如图1所示。

图（1）消除交越失真的OCL电路

在上图中，静态时，从+12V经过R5、R6、D1、D2、R7、R8到GND有一个直流电流，它在Q1和Q2管两个基极之间所产生的电压为Ub1b2=UR6+UD1+UD2+UR7，使Ub1b2略大于Q1管发射结和Q2管发射结开启电压之和，从而使两只管子均处于微导通态，即都有一个微小的基极电流，分别为Ib1和Ib2。调节R6和R7，可使发射极静态电位Vout为0V，即输出电压Vo为0V.

当所加信号Ui按正旋规律变化时，由于二极管D1、D2的动态电阻很小，而且R6和R7的阻值也比较小，因而可以认为Q1管基极电位的变化与Q2管基极电位的近似相等，即Ub1≈Ub2≈Ui。

也就是说，可以认为两管基极之间电位差基本是一个恒定值，两个基极的电位随Ui产生相同变化。这样，当Ui》2.5V且逐渐增大时Vbe1逐渐变大，Q1的基极电流Ib1随之增大，发射极电流Ie1也必然增大，负载电阻RL上得到正方向的电流；与此同时，Ui的增大使Veb2减小，当减小到一定数值时，Q2管截至。同样道理，当Vi《2.5v且逐渐减小时， Veb2逐渐增大，Q2的基极电流Ib2随之增大，发射极电流Ie2必然也会增大，负载电阻RL上得到负方向的电流；与此同时，Ui的减小，使Vbe1减小，当减小到一定数值时，Q1管截至。这样，即使Ui很小，总能保证至少有一个晶体三极管导通，因此消除了交越失真。Q1和Q2管在Ui的作用下，其输入特性的中的图解分析如图3所示：

图（1.1） 输入特性的中的图解分析

Q1和Q2静态工作点以下，输入信号越大到越小，到Q1截至，Ui无信号，Q1又回到了静态工作点电流。

输入信号越小到越大，到Q2截至，Ui很小的时候（无信号），Q2又回到了静态工作点电流。

综上所述，输入信号的正半周主要是Q1管发射极驱动负载，负半周主要是Q2管发射极驱动负载，而且两管的导通时间都比输入信号的半个周期要长，即在输入电压很小的时候，两只管子同时导通，因而他们工作在甲乙类状态。

值得注意的是，若静态工作点失调，例如R6、D1、D2、R7中的任意一个元器件虚焊，则从12V经过R5、Q1管的发射结，R9R10，Q2的发射结到R8到GND形成一条通路，有较大的基极电流Ib1和Ib2流过，从而导致Q1和Q2有很大的集电极电流Ic1和Ic2，且每只管子的最大管压降VCE都约等于12V，以至于Q1和Q2管可能因为功耗过大而损坏。因此，R9和R10的作用就非常重要了，可以分担Q1Q2 的VCE的压降。

02OCL电路的的输出功率及效率

功率放大电路最重要的技术指标是电路的最大输出功率Pom及效率η （ 伊塔）。为了求解Pom，需首先求出负载上能够得到的最大输出电压幅值。当输入电压足够大，且有不产生饱和失真时，电路的分析如图3.2所示。

图中的I区为Q1的输出特性，II区为Q2的输出特性。因两只管子的静态电流很小，所以可以认为静态工作点在横轴上，如上图所标注的，因而最大输出电压幅值等于电源电压减去晶体管的饱和压降，即（Vcc-Vces1）。

实际上，即使不画出图形，也能得到同样的结论。可以想象，在正旋波的正半周，Ui从0逐渐增大，输出电压也随之逐渐增大，Q1管的CE管压降必然逐渐减小，当管压降下降到饱和压降时，输出电压达到最大值，其值为（Vcc-Vces1），因此最大不失真输出电压的有效值：

Uom=（Vcc-Vces1）/，假设三极管参数等一样，饱和压降也一样，即Vces1=-Vces2=Vces。

最大输出功率：Pom=Uom^2/R=（Vcc-Vces）^2/2RL+2R9 或R10 一个周期内回路阻抗2RL+2R9

在忽略基极回路电流的情况下，电源Vcc提供的电流：

Ic=（Vcc-Vces）/RLsinwt

电源在负载获得最大交流功率时，所消耗的的平均功率等于平均电流于电源电压之积，

Pv=1/Π（Vcc-Vces）/RLsinwt*Vcc dwt=2/Π*Vcc（Vcc-Vces）/RL

整理后得到，转换效率

η。=Pom/Pv=Π/4*（Vcc-Vces）/Vcc

在理想情况下，即饱和管的压降可忽略不计，R9和R10比较小忽略不计（Q1和Q2射极负反馈电阻），的情况下

Pom=Uom^2/RL=Vcc^2/2RL

Pv=2/Π*Vcc^2/RL

η。=Pom/Pv=Π/4=78.5%

这里应当注意，大功率饱和管压降为2-3v，因而一般情况下不能忽略饱和管的压降，即不能用上面的三个式子。

03OCL电路中晶体管的选择

在功率放大电路中，应根据晶体管所承受的最大管压降Vces、集电极最大的电流Icm和最大的功耗来选择晶体管。

1、最大的管压降

从OCL电路工作原理的分析可知，两只功放管中Q1和Q2处于截至状态的管子将承受较大的管压降。假设输入电压Ui为正半周，Q1导通，Q2截至，当Ui从0开始增加到峰值时，Q1和Q2管的发射极电位Ve逐渐增加到（VCC-Vces1），因为Q2管的管压降Vec2的数值 Vec2=（Ve-0）=Ve，Vce2max=Vcc-Vces1，由于Ie平均电流比较小，R9R10阻值比较小，所以先忽略这两个电阻产生的压降。。利用同样的分析方法去分析，可得：

当Ui为下半周值时，Q1管承受最大的管压降，数值为VCC-Vces2.所以考虑要预留一定的余量，管子承受最大的压降为/Vcemax/=Vcc。

2、集电极最大电流

从电路最大输出功率的分析可知，晶体管的发射极电流等于负载电流，负载电阻上的的最大电压为Vcc-Vces1，故集电极电流的最大值为：

Ic≈Iemax=（Vcc-Vces1）/RL

考虑留有一定余量

Icmax=Vcc/RL

3、集电极最大功率

在功率放大电路中，电源提供的功率，除了转换输出功率外，其余部分主要消耗在功率管Q1和Q2上，可以认为晶体管所损耗的功率Pq=Pv-Po。当激励信号输入电压为2.5v时，即输出功率最小时，由于集电极电流非常小，使管子的损耗很小；当输入电压最大时，即输出功率最大，由于管子压降很小，使管子的损耗也很小；可见，管耗最大既不会发生在电压电压最小时，也不会发生在输入电压最大时。下面列出了晶体管的集电极功耗Pq与输出电压峰值Vom的关系，然后对Vom求管压降和集电极电流瞬时值的表达式：

Vce=（Vcc-Vomsinwt），Ic=Vom/R

L*sinwt

功耗Pq为功放管Q1和Q2管所损耗的平均功率，所以每只晶体管的集电极功耗表达式为：

瞬时最大的管压降*瞬时的电流 再求平均

Pq=1/2Π（Vcc-Vomsin wt）*Vom/RL*sin wt*dwt

=1/RL（Vcc*Vom/Π-Vom^2/4）

假设dPq/dVom=0，可以求得，Vom=2/Π*Vcc≈0.6Vcc。

以上分析表明，当Vom≈0.6Vcc时，Pq=Pqmax。 将Uom代入Pq==1/RL（VccVom/Π-Vom^2/4）

Pqmax=Vcc^2/Π^2RL

当Vces=0时，根据Pom=Vom^2/RL=Vcc^2/2RL

Pqmax=2*Pom/Π^2≈0.2Pom/Uces=0

可见，晶体管集电极最大功耗仅为理想（饱和压降为0）时最大输出功率的五分之一。

查询手册选择晶体管时，应使用极限参数

Vbrceo》Vcc

Icm》Vcc/RL

Pcm》0.2Pom/Vces=0， Pcm集电极功耗

这里仍需要强调的，在选择晶体管时，其极限参数，特别是Pcm应留一定的余量，并且严格按照手册PCBlayout或安装散热片。

责任编辑：haq