OCL互補對稱功率放大器的性能分析

李 新

（河南工業貿易職業學院，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，一個實用的放大電路要求能夠對所要放大的信號源信號進行不失真地放大和輸出，并能向所驅動的負載提供足夠大的功率。[1]因此，放大電路的輸出級就是一個功率放大電路。在能量控制和轉換方面，功率放大電路和其它放大電路沒有本質上的區別，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工作狀態，管耗大，輸出也不可避免地會產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等問題。互補電路是應用非常廣泛的功率放大電路，其中OCL電路因低頻特性較好、便于集成被廣泛應用于集成電路。本文以OCL功率放大電路為例，對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要分析。

1 電路組成

圖1所示為OCL互補對稱功率放大電路。T1為NPN管，T2為PNP管，兩個晶體管的參數完全相同，輸入信號接在兩管的基極，負載電阻RL接在兩管的發射極，構成射極輸出器，由正、負等值的雙電源供電。由于兩個管子互補對方的不足，工作性能對稱，故稱為互補對稱功率放大電路。

圖1 OCL乙類互補對稱電路

2 性能分析

2.1 輸出功率

功放電路的輸出功率即負載RL上獲得的功率，用Po表示。它等于負載兩端交流電壓有效值和流過負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。當忽略電路失真，輸入信號為正弦信號時，有：

輸出電壓Uom越大，輸出功率Po越高，當三極管進入飽和區時，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。在乙類互補對稱功率放大電路中，兩個電源各提供半個周期的電流，每個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

乙類工作狀態的功放電路，當兩個三極管輪流導通時，由于死區電壓的存在，當輸入信號小于功放管的死區電壓時，管子仍處于截止狀態，因此輸出信號在正、負半周的交接處產生波形失真，如圖2所示，這種失真稱為“交越”失真。輸入電壓越小，交越失真越嚴重。

圖2 交越失真

圖3 OCL甲乙類互補對稱功放電路

為了克服交越失真，可在兩個三極管的基極之間接入兩個二極管，如圖3所示。這樣在兩個晶體管的基極之間產生一個偏壓，[2]使得當ui=0時，兩個晶體管已處于微導通狀態。這樣，在輸入信號的作用下，兩管在一個周期內的導通時間都比半個周期要多一些，工作在甲乙類工作狀態，在負載上輸出不失真的信號波形，因此稱為甲乙類互補對稱功放電路。在實際中，為提高工作效率，在設置偏壓時，應盡可能接近乙類，因此，通常甲乙類互補對稱功放電路的參數估算可近似按乙類來處理。[3]

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

［2］蘇士美.模擬電子技術[M].北京：人民郵電出版社，2007：128.

［3］黃冬梅.電子技術[M].北京：中國輕工業出版社，2011：122.