研究OCL功率放大电路的输出功率和效率.docx
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研究OCL功率放大电路的输出功率和效率
摘要
OCL电路称为无输出电容直接耦合的功放电路。
VT1为NPN型晶体管，VT2为PNP型晶体管，当输入正弦信号
为正半周时，VT1的发射结为正向偏置，VT2的发射结为反向偏置，于是VT1管导通，VT2管截止。
此时的
流过负载RL。
当输入信号
为负半周时，VT1管为反向偏置，VT2为正向偏置，VT1管截止，VT2管导通，此时有电流
通过负载RL。
OCL功率放大电路是一种直接耦合的功率放大器，是指无输出耦合电容的功率放大电路。
它主要由输入级、中间增益、激励级及功率输出级组成。
输入级一般由1级或2级差动放大器构成，具有输入阻抗高、稳定性好、噪声小等特点。
关键词：
OCL功率放大电路；直接耦合；负反馈
1、绪论
OCL电路组成
OCL电路称为无输出电容直接耦合的功放电路。
如图3所示。
图中VT1为NPN型晶体管，VT2为PNP型晶体管，当输入正弦信号
为正半周时，VT1的发射结为正向偏置，VT2的发射结为反向偏置，于是VT1管导通，VT2管截止。
由此可见，VT1、VT2在输入信号的作用下交替导通，使负载上得到随输入信号变化的电流。
此外电路连成射极输出器的形式，因而放大器的输入电阻高，而输出电阻很低，解决了负载电阻和放大电路输出电阻之间的配合问题。
此时的
流过负载RL。
当输入信号
为负半周时，VT1管为反向偏置，VT2为正向偏置，VT1管截止，VT2管导通，此时有电流
通过负载RL。
由此可见，VT1、VT2在输入信号的作用下交替导通，使负载上得到随输入信号变化的电流。
此外电路连成射极输出器的形式，因而放大器的输入电阻高，而输出电阻很低，解决了负载电阻和放大电路输出电阻之间的配合问题。
图1OCL电路
2、方案的确定
负反馈
反馈又称回馈，是控制论的基本概念，指将系统的输出返回到输入端并以某种方式改变输入，进而影响系统功能的过程。
反馈可分为负反馈和正反馈。
前者使输出起到与输入相反的作用，使系统输出与系统目标的误差减小，系统趋于稳定；后者使输出起到与输入相似的作用，使系统偏差不断增大，使系统振荡，可以放大控制作用。
对负反馈的研究是控制论的核心问题。
另外有电流负反馈的理论。
电流负反馈
将一个系统的输出信号的一部分或全部以一定方式和路径送回到系统的输入端作为输入信号的一部分，这个作用过程叫——反馈。
按反馈的信号极性分类，反馈可分为正反馈和负反馈。
若反馈信号与输入信号极性相同或变化方向同相，则两种信号混合的结果将使放大器的净输入信号大于输出信号，这种反馈叫正反馈。
正反馈主要用于信号产生电路。
反之，反馈信号与输入信号极性相反或变化方向相反（反相），则叠加的结果将使净输入信号减弱，这种反馈叫负反馈放大电路和自动控制系统通常采用负反馈技术以稳定系统的从放大器的输出端看，反馈网络要从放大器的输出信号中取回反馈信号，通常有两种取样方式。
按取样方式的不同，反馈分为电压反馈和电流反馈
电压反馈：
反馈信号取自输出电压或者输出电压的一部分
电流反馈：
反馈信号取自输出电流或者输出电流的一部分
（1）电压反馈：
对交变信号而言，若基本放大器、反馈网络、负载三者在取样端是并联连接，则称为并联取样，又称电压反馈。
（2）电流反馈：
对交变信号而言，若基本放大器、反馈网络、负载三者在取样端是串联连接，则称为串联取样，又称电流反馈。
（3）电流反馈和电压反馈的判定：
在确定有反馈的情况下，则不是电压反馈，就必定是
判定方法一一—输出短路法。
判定方法二——按电落结构判定。
在电压负反馈电路中，反馈量取自输出电压，并与之成比例；在电流负反馈电路中，反馈量取自输出电流，并与之成比例。
串联反馈与并联反馈的区别：
在于基本放大电路的输入回路与反馈网络的连接方式不同。
串联和并联
按比较方式划分，可分为串联反馈和并联反馈。
（1）串联反馈：
对交流信号而言，信号源、基本放大器、反馈网络三者在比较端是串联连接，则称为串联反馈。
（2）并联反馈：
对交流信号而言，信号源、基本放大器、反馈网络三者在比较端是并联连接，则称为并联反馈。
（3）串联反馈和并联反馈的判定方法：
对交变分量而言，若信号源的输出端和反馈网络的比较端接于同一个放大器件的同一个电极上，则为并联反馈；否则为串联反馈。
直流和交流
按反馈信号的频率分，可以分为直流反馈和交流反馈。
（1）直流反馈：
若反馈环路内，直流分量可以流通，则该反馈环可以产生直流反馈。
直流反馈主要作用于静态工作点。
（2）交流反馈：
若反馈环路内，交流分量可以流通，则该反馈环可以产生交流反馈。
交流反馈主要用来改善放大器的性能；交流正反馈主要用来产生振荡。
若反馈环路内，直流分量和交流分量都可以流通，则该反馈环既可以产生直流反馈又可以产生交流反馈。
图2负反馈电路原理图
OTL、BTL电路
根据功放对管的输出端与扬声器的接法来判断其电路结构形式。
OTL功放电路的输出端的直流电位为电源电压的一半，扬声器一端接地，另一端通过大容量耦合电容与功放输出端相接；OCL功放电路采用双电源供电，使其输出端的直流电位为零，扬声器一端接地，另一端直接与功放输出端相接；BTL功放电路采用两个功放对，扬声器直接连接在两个功放对的输出端，不需要耦合电容。
OTL电路
OTL（OutputTransformerLess）电路，称为无输出变压器功放电路。
是一种输出级与扬声器之间采用电容耦合而无输出变压器的功放电路，它是高保真功率放大器的基本电路之一，但输出端的耦合电容对频响也有一定影响。
如图2.所示。
省去输出变压器的功率放大电路通常称为OTL电路。
其中，OTL 为OutputTransformerLess的缩写。
OTL电路为单端推挽式无输出变压器功率放大电路。
通常采用电源供电，从两组串联的输出中点通过电容耦合输出信号。
OTL（Outputtransformerless）电路是一种没有输出变压器的功率放大电路。
过去大功率的功率放大器多采用变压器耦合方式，以解决阻抗变换问题，使电路得到最佳负载值。
但是，这种电路有体积大、笨重、频率特性不好等缺点，目前已较少使用。
OTL电路不再用输出变压器，而采用输出电容与负载连接的互补对称功率放大电路，使电路轻便、适于电路的集成化，只要输出电容的容量足够大，电路的频率特性也能保证，是目前常见的一种功率放大电路。
它的特点是：
采用互补对称电路（NPN、PNP参数一致，互补对称，均为射随组态，串联，中间两管子的射极作为输出），有输出电容，单电源供电，电路轻便可靠。
“两组串联的输出中点”可理解为采用互补对称电路（NPN、PNP参数一致，互补对称，均为射随组态，串联，中间两管子的射极作为输出）。
OTL电路的优点是只需要一组电源供电。
缺点是需要能把一组电源变成了两组对称正、负电源的大电容；低频特性差。
图3OTL电路原理图
BTL电路
BTL（BalancedTransformerLess）电路，称为平衡桥式功放电路。
它由两组对称的OTL或OCL电路组成，扬声器接在两组OTL或OCL电路输出端之间，即扬声器两端都不接地。
BTL电路的主要特点有：
可采用单电源供电，两个输出端直流电位相等，无直流电流通过扬声器，与OTL、OCL电路相比，在相同电源电压、相同负载情况下，BTL电路输出电压可增大一倍，输出功率可增大四倍，这意味着在较低的电源电压时也可获得较大的输出功率，但是，扬声器没有接地端，给检修工作带来不便。
如图4所示。
图4BTL电路原理图
3、工作原理、硬件电路的设计或参数的计算
题目
研究OCL功率放大电路的输出功率和效率
仿真电路
OCL功率放大电路如图5所示
图中采用NPN型低频功率晶体管2SC2001，其参数为：
=700mA，
=600mW，
=25V，
=0.2V；PNP型低频功率晶体管2SA952，其参数为：
=-700mA，
=600Mw,
=-25V，
=-0.25V。
输出功率
为交流功率，可采用瓦特表测量；电源消耗的功率
为平均功率，可采用直流电流表测量电源的输出平均电流，然后计算出
。
仿真内容
1.观察输出信号波形的是真情况。
2.分别测量静态时以及输出电压峰值为12V时的
和
，计算效率。
总电路原理图如图5所示。
图5总电路图
图6静态输出信号波形
（a）（b）
（a）（b）静态时电流表1﹑2读数
图7输入电压峰值为10V时输出的信号波形
（d）（e）（f）
（d）（e）（f）输入10V电压时电流表1﹑2和瓦特表读数
表1测试数据
输入信号V1峰值/V
直流电流表1读数
/mA
直流电流表2
读数
/mA
电源消耗的功率
/W
瓦特表读数
/W
OCL电路输出信号正、负向峰值
，
/V
0
0
0
0
0
0
10
55.528
55.788
1.337
0.8.04
9.129，-9.168
利用表1中的数据，经简单的计算，可得消耗的功率﹑输出功率和效率，如表2所示。
表2功率和效率
输入电压峰值为11V
功耗
/W
功耗
/W
电源总功耗
/W
输出功率
/W
效率/%
计算公式
计算结果
0.666
0.669
1.336
0.837
62.6%
（1）OCL电路输出信号峰值略小于输入信号峰值，输出信号波形产生了交越失真，且正﹑负向输出幅度略有不对称。
产生交越失真的原因是两只晶体管均没有设置合适的静态工作点，正﹑负向输出幅度不对称的原因是两只晶体管的特性不是理想对称。
（2）由理论计算可得电源消耗的功率
W
（1）
该数据明显大于仿真结果，必然使效率降低，为
（2）
与通过仿真所得结果误差小于5%，差生误差的原因是输出信号产生了交越失真和非对称性失真。
对于功率放大电路的仿真对设计具有指导意义。
4、心得体会
经过这段时间的艰苦奋斗，我的课程设计终于完结了。
我在这次课程设计中可以说是受益匪浅，不仅将书本上的理论知识进行了深入理解，同时也明白了实践的重要性。
要想设计出一个较好的电路，光靠书本上的知识还远远不够，要结合实际情况全方面的去思考，经过多次不断修改验证后使其达到需要的性能指标。
在设计的过程中方案的选择尤为重要，不经要考虑到是否满足设计的性能指标，还要尽量使其电路结构简单。
设计的过程中难免会遇到许多问题，这时则需要我们开动脑筋，查阅资料，结合所学知识去分析解决问题。
课程设计不仅是一门任务，更多的是教会我们怎样灵活运用书本上所学的知识，培养我们善于调查研究，勤于创造思维，勇于大胆开拓的自主学习和工作作风。
虽然这段时间设计非常辛苦，但更多的是收获的喜悦。
参考文献
《低频电子线路》张肃文高等教育出版社
《电子线路集》人民邮电出版社
《电子技术基础数字部分》康华光高等教育出版社
《模拟电子技术基础》童诗白高等教育出版社
附录
元器件清单如表3
表3元器件清单
编号
器件
型号
数量
标号
1
三极管
2SC2001
1
Q1
2
三极管
2SA952
1
Q2
3
电阻
1
RL
4
直流电压源
AC_POWER
1
V1
升级会员 