OCL功率放大电路设计技巧介绍

OCL（Output　Capacitorless）功率放大电路是无输出电容的乙类功率放大电路，OCL电路的基本模型如图4.2所示。图中核心元器件是两个三极管，NPN三极管VT1负责放大输入信号Ui的正半周，PNP三极管VT2负责放大输入信号Ui的负半周。两个三极管的输出合起来可以在负载RL上得到完整的信号波形。为了放大交流信号的负半周，OCL电路需要采用双电源供电。两个三极管都构成共集放大电路形式，具有电流放大功能，但是不具备电压放大功能。

Ui在正半周从小变大时，突破三极管VT1死区电压，形成基极电流，集电极电流从VCC经集电极流过三极管VT1后，从发射极流出三极管，通过负载电阻RL流入地里。

Ui在正半周从大变小时，若小于三极管VT1死区电压，则基极电流消失，集电极电流也消失，负载电阻RL上没有电流。

在Ui的正半周里，三极管VT2一直都是截止的。

Ui在负半周时，工作过程与正半周相反，三极管VT2导通，三极管VT1截止。

通过前面的分析可知，OCL功率放大器属于乙类放大器，工作效率较高。OCL功率放大电路最大的问题就是输入信号Ui在－0.5～＋0.5V时，两个三极管都截止，这导致了不小的失真，称为交越失真（或交叉失真），波形如图4.3所示。

图4.2　OCL电路的基本模型

图4.3　交越失真

OCL功率放大电路所能输出的最大功率为

Po＝IU

正弦波有效值和幅值的关系为

所以

负载RL上的电压为VCC－UCES，UCES为三极管饱和管压降，则负载上的功率为

由于UCES较小，若忽略不计，则

直流电源提供的功率为两个三极管和负载的功率之和。由于采用双电源，所以电源总功率为每个电源功率的2倍。单个电源的功率为

Pv1＝VCCI1(www.xing528.com)

式中，I1为单个电源在整个周期内的平均值，即

两个电源的总功率为

效率为

化简可得

图4.4　OCL功率放大电路

因此，OCL乙类功率放大器的效率最高约为78.5%。

为了克服交越失真，实际的OCL功率放大电路如图4.4所示。图中R2～R8为直流偏置电阻，VD1和VD2也是起到直流偏置作用。有了直流偏置电阻和VD1、VD2，两个三极管VT1和VT2一直处于微导通状态，功率放大器就工作在甲乙类状态，减少了失真，工作效率也比乙类放大器低一些。三极管VT1和VT2除了一个是NPN，另一个是PNP外，两个三极管的参数应该尽可能一样，如果条件允许，尽量采用对管，有利于减少失真。

图4.4所示的OCL功率放大电路信号波形如图4.5所示，上面的波形为输入信号波形，下面的波形为输出信号波形，通过对比可以知道信号失真不大，输出电压幅度略小，电路主要通过电流放大以实现功率的增加。

图4.5　OCL功率放大电路信号波形

实际操作：OCL功率放大电路的仿真

（1）用Multisim软件绘制电路图，如图4.6所示。图中XDA1为失真分析仪，XSC1为示波器。

（2）将信号源V1设置成振幅6V、频率1kHz的正弦波。运行仿真，用示波器观察输入、输出信号波形，用失真分析仪测量失真度，用瓦特计测量输入、输出功率和电源总功率，计算效率。

（3）改变输入源的幅度和频率，重复运行仿真，用示波器观察输入、输出信号波形，用失真分析仪测量失真度，用瓦特计测量输入、输出功率和电源总功率，计算效率。

图4.6　OCL功率放大器仿真

（4）改变负载电阻RL大小，重复运行仿真，用示波器观察输入、输出信号波形，用失真分析仪测量失真度，用瓦特计测量输入、输出功率和电源总功率，计算效率。