互补对称功率放大电路输出功率和转换效率的研究

研究OCL互补对称功率放大电路的输出功率和转换效率。

实验仿真元件及其对应名称见表6-6-1。

表6-6-1　实验仿真元件及其对应名称

在放大电路中担任电路末级输出的晶体三极管称为功率管。功率管分为大功率管和小功率管，一般集电极耗散功率大于1W的称为大功率管，如国产的3DD和3DA型管子，日产的2SD和2SC管子。功率管常见外形如图6-6-1所示。

图6-6-1　功率管常见外形

（有交越失真）OCL功放电路输出功率测试的仿真电路如图6-6-2所示，（克服交越失真）OCL功放电路输出功率测试的仿真电路如图6-6-3所示。图中采用NPN型低频功率晶体管2SC2547，PNP型低频功率晶体管2SA872。

（a）（有交越失真）功放电路的仿真电路

（b）（有交越失真）输出电压波形的测量

图6-6-2　（有交越失真）OCL功放电路输出功率测试的仿真电路

（a）（克服交越失真）功放电路的仿真电路

（b）（克服交越失真）输出电压波形的测量

图6-6-3　（克服交越失真）OCL功放电路输出功率测试的仿真电路

电路的输出功率Po为交流功率，可采用功率表测量。电源消耗的功率PV为平均功率，可采用直流电流表测量电源的输出平均电流，然后计算求出PV。

仿真电路所用的信号发生器所输出的电压信号的设置方法，仿真模拟电路时常用的虚拟示波器的使用方法，请阅读本章第一节半导体二极管特性的研究中有关内容。

首先，观察输出电压波形的失真情况。其次，分别测量静态工作时以及输入电压峰值为11V时的Po和PV，并计算转换效率。

（1）点击拾取元器件的按钮，单击按钮，输入所需的元件名或型号，并将各元件拖动至编辑窗口。

（2）点击终端按钮，在对象选择器中列出各种终端，其中包含了GROUND（地）、POWER（直流稳压电源）在内的多个元件，选中并拖动至编辑窗口。

（3）点击虚拟仪器按钮，选择所需的仪表，如信号发生器、示波器、电压表、电流表等。

（有交越失真）功放仿真电路放置元器件后的界面如图6-6-4所示，（克服交越失真）功放仿真电路放置元器件后的界面如图6-6-5所示。

图6-6-4　（有交越失真）功放仿真电路放置元器件后的界面

图6-6-5　（克服交越失真）功放仿真电路放置元器件后的界面

（4）用导线将各个元器件及测量仪表按照图6-6-2a及图6-6-3a所示连接起来。注意，一定要点击连接，不能将两个元件的触点放在一起，此时电路仍是不通的。

（5）双击或右键单击元件，选择“Edit Properties”（编辑属性）选项，修改所需元件的参数。

（6）右键点击信号发生器，选择“VSM Signal Generator”（信号发生器），弹出信号调整对话框，调整输出电压的幅值和频率，幅值的峰值为11V（非峰-峰值），要将信号的频率调整至1kHz。

（7）右键点击示波器，选择“Digital Oscilloscope”（数字示波器），弹出波形框，选择调整相应的挡值等。

（8）点击编辑界面左下角的仿真运行按钮，仿真电路开始运行。

（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、负向输出电压幅值略有不对称。产生交越失真的原因是两只晶体管均没有设置适合的静态工作点，正、负向输出电压幅值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为

该数据明显大于仿真结果，使转换效率降低为

与通过仿真所得的结果误差小于5％。产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。由此可见，对于功率放大电路的仿真过程，对电路设计具有指导意义。

（1）在有些器件无法找到的情况下，可以采取折中的办法。例如此例中用一只电压表和一只电流表来代替一只功率表的作用。

（2）在选取具体芯片的型号时，要注意其特定类型和具体实现的功能。