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无输出变压器(OTC)的互补对称放大电路: 互补对称功率放大电路的组成

2024-07-02m.fan-pin.com
有输出变压器功放电路的优点和缺点分别是什么?~

优点是:1.输出阻抗容易配匹
2.与前级隔离性好

缺点:1.体积相对较大
2.增加了元件成本
3.带宽频率窄
4.抗机械冲击弱

一、概念
互补对称功率放大电路:放大器由一对特性及参数完全对称、类型却不同(NPN和PNP)的两个晶体管组成射极输出器放大电路。
分类:OTL无输出变压器互补对称功放电路、OCL无输出电容互补对称功放电路。
OTL无输出变压器互补对称功放电路:单电源、大容量电容器、负载,与前级耦合,而不由变压器耦合的互补对称电路,称为OTL无输出变压器互补对称功放电路;
OCL无输出电容互补对称功放电路:采用双电源不需要耦合电容的直接耦合互补对称电路,称之为OCL无输出电容互补对称功放电路。
因为耦合电容影响低频特性和难以实现电路的集成化,所以OCL电路广泛用于集成电路的直接耦合式功率输出级。
二、OCL互补对称功率放大器
1.电路结构及工作原理
(1)电路结构:放大器由一对特性及参数完全对称、类型却不同(NPN和PNP)的两个晶体管组成射极输出器。输入信号接于两个管子的共用基极,负载RL接于两个管子共用的发射极。有正负等值电源供电。
(2)工作原理
ui=0,共同工作状态,IB=0->IC=0,两个管子工作于乙类工作状态。
ui>0,正弦波正半周,T1正偏导通,T2反偏截止,RL输出正半周电压。
ui<0,正弦波负半周,T2正偏导通,T1反偏截止,RL输出负半周电压。
T1和T2在正负半周交替导通、互相补充故名互补对称电路。
采用射极输出器,提供了输入电阻和带负载能力。
2.输出功率及转换效率
(1)输出频率Po:Po为RL两端交流电压有效值(Uom幅值除以根号2)和电流有效值(Iom幅值除以根号2)的乘积,则:
Po=1/2*Iom*Uom=Uom^2/(2*RL)
射极输出器:Uom≈Uim输入信号的幅值。
结论:乙类工作状态的功放电路,输入电压越大,负载获得的功率越大。
(2)最大输出功率POM
理想状态,Uom≈Ucc,则最大输出功率POM=UCC^2/(2*RL)
(3)转换效率η
PE为直流电压UCC与输出电流平均值(半波电流的直流分量Iom/π)的乘积,一周内两个功放管提供2份,所以:
PE=2×(Iom/π)×UCC=(2/π)×(Uom/RL)×UCC
最大的直流功率是Uom=UCC,则:
PEM=(2/π)×(1/RL)×UCC^2
得转换效率:η=Po/PE=(π/4)×(Uom/UCC)
当输出为最大Uom时,Uom=UCC,则η=Po/PE=(π/4)×(Uom/UCC)=π/4=78.5%。
3.功率管的最大管耗Pc:简称管耗。
不计其它耗能元件所耗功率,PcPE-Po。
最大管耗是当Uom=0.636×UCC时,PcM=0.2PoM
如需要输出10W最大功率,则管耗为4W,即需要二个2W的功率管。
4.负载匹配的概念
合适RL的选择,可以使输出波形不失真、又可使输出功率足够,转换效率较高。
5.功率管的选择:
功率管极限参数会限制UCC及输入信号的选择。
选管:管子的
PCM>=0.2*PoM
U(BR)CEO>=2*UCC
ICM>=UCC/RL
互补对称电路中,一个管子承受反向电压接近2×UCC。
6.交越失真及其消除方法
(1)交越失真:因为发生结存在“死区”,T1和T2管实际导通时间均小于半个周期,这种交接处产生的波形失真。
(2)交越失真的消除:在共基极的两个管子间加RW、二个二极管,其阻值都很小。静态时,给T1、T2加能消除交越失真所需要的正向偏置电压,使两个管子处于微导通状态,而输出因两个管子对称无压降。
三、单电源互补电路(OTL电路)
1.OTL电路的特点
单电源OTL互补对称功率放大电路由单电源供电,输出端通过大电容量的耦合电容CL与负载RL相连。
2.工作原理
静态时,穿透电流ICE01=ICE02,输出共射极A点电位VA=1/2×UCC,耦合电容电压UC=1/2×UCC。
ui>0,正弦波正半周,T1正偏导通,T2反偏截止,UCC向CL充电并在RL两端输出正半周波形。
ui<0,正弦波负半周,T2正偏导通,T1反偏截止,CL向T2放电提供电源,并在RL上输出负半周波形。
CL可近似不变,始终保持为1/2×UCC。
所以,只要以1/2×UCC代替OCL中的UCC,计算Po、POM、η、PE、PC与OCL相同。

这是根据NPN管和PNP管的互补特性来的。
NPN管基极得到正电压时导通,负电压时截止,PNP管基极得到负电压时导通,正电压时截止。
信号正半周电压为正,故NPN导通管,PNP管截止;
信号负半周电压为负,故PNP导通管,NPN管截止。

实际应用中,该种电路用途很广,电机控制H桥和音响功放用的最多。

T1是NPN,T2是PNP。两者都是共射接法。
NPN是基极高电平导通,T2是基极低电平导通。
那么,当输入信号为正弦波时,上半周为正电平,那么T1导通,T2截止。
当信号负半周到来,负极性T1即截止,T2导通。
T2导通时,电容因之前已充电,现形成闭合回路,即有虚线电流流向。

电路图不严谨,严格来说,T2的C极接的不应该为地,而是接负电源。

两个管同时导通时,那不是短路了吗?所以任何时间段里只能有一个管导通

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