教大家高效率避免OCL电路交越失真
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01ocl电路的组成及工作原理
为了消除基本ocl电路所产生交越失真，应当设置合适的静态工作点，使两只放大晶体三极管均工作在临界导通或微导通状态。能够消除交越失真的ocl电路如图1所示。
图（1）消除交越失真的ocl电路
在上图中，静态时，从+12v经过r5、r6、d1、d2、r7、r8到gnd有一个直流电流，它在q1和q2管两个基极之间所产生的电压为ub1b2=ur6+ud1+ud2+ur7，使ub1b2略大于q1管发射结和q2管发射结开启电压之和，从而使两只管子均处于微导通态，即都有一个微小的基极电流，分别为ib1和ib2。调节r6和r7，可使发射极静态电位vout为0v，即输出电压vo为0v.
当所加信号ui按正旋规律变化时，由于二极管d1、d2的动态电阻很小，而且r6和r7的阻值也比较小，因而可以认为q1管基极电位的变化与q2管基极电位的近似相等，即ub1≈ub2≈ui。
也就是说，可以认为两管基极之间电位差基本是一个恒定值，两个基极的电位随ui产生相同变化。这样，当ui》2.5v且逐渐增大时vbe1逐渐变大，q1的基极电流ib1随之增大，发射极电流ie1也必然增大，负载电阻rl上得到正方向的电流；
与此同时，ui的增大使veb2减小，当减小到一定数值时，q2管截至。同样道理，当vi《2.5v且逐渐减小时， veb2逐渐增大，q2的基极电流ib2随之增大，发射极电流ie2必然也会增大，负载电阻rl上得到负方向的电流；
与此同时，ui的减小，使vbe1减小，当减小到一定数值时，q1管截至。这样，即使ui很小，总能保证至少有一个晶体三极管导通，因此消除了交越失真。q1和q2管在ui的作用下，其输入特性的中的图解分析如图3所示：
图（1.1） 输入特性的中的图解分析
q1和q2静态工作点以下，输入信号越大到越小，到q1截至，ui无信号，q1又回到了静态工作点电流。
输入信号越小到越大，到q2截至，ui很小的时候（无信号），q2又回到了静态工作点电流。
综上所述，输入信号的正半周主要是q1管发射极驱动负载，负半周主要是q2管发射极驱动负载，而且两管的导通时间都比输入信号的半个周期要长，即在输入电压很小的时候，两只管子同时导通，因而他们工作在甲乙类状态。
值得注意的是，若静态工作点失调，例如r6、d1、d2、r7中的任意一个元器件虚焊，则从12v经过r5、q1管的发射结，r9r10，q2的发射结到r8到gnd形成一条通路，有较大的基极电流ib1和ib2流过，从而导致q1和q2有很大的集电极电流ic1和ic2，且每只管子的最大管压降vce都约等于12v，以至于q1和q2管可能因为功耗过大而损坏。因此，r9和r10的作用就非常重要了，可以分担q1q2 的vce的压降。
02ocl电路的的输出功率及效率
功率放大电路最重要的技术指标是电路的最大输出功率pom及效率η （ 伊塔）。为了求解pom，需首先求出负载上能够得到的最大输出电压幅值。当输入电压足够大，且有不产生饱和失真时，电路的分析如图3.2所示。
图中的i区为q1的输出特性，ii区为q2的输出特性。因两只管子的静态电流很小，所以可以认为静态工作点在横轴上，如上图所标注的，因而最大输出电压幅值等于电源电压减去晶体管的饱和压降，即（vcc-vces1）。
实际上，即使不画出图形，也能得到同样的结论。可以想象，在正旋波的正半周，ui从0逐渐增大，输出电压也随之逐渐增大，q1管的ce管压降必然逐渐减小，当管压降下降到饱和压降时，输出电压达到最大值，其值为（vcc-vces1），因此最大不失真输出电压的有效值：
uom=（vcc-vces1）/，假设三极管参数等一样，饱和压降也一样，即vces1=-vces2=vces。
最大输出功率：pom=uom^2/r=（vcc-vces）^2/2rl+2r9 或r10 一个周期内回路阻抗2rl+2r9
在忽略基极回路电流的情况下，电源vcc提供的电流：
ic=（vcc-vces）/rlsinwt
电源在负载获得最大交流功率时，所消耗的的平均功率等于平均电流于电源电压之积，
pv=1/π（vcc-vces）/rlsinwt*vcc dwt=2/π*vcc（vcc-vces）/rl
整理后得到，转换效率
η。=pom/pv=π/4*（vcc-vces）/vcc
在理想情况下，即饱和管的压降可忽略不计，r9和r10比较小忽略不计（q1和q2射极负反馈电阻），的情况下
pom=uom^2/rl=vcc^2/2rl
pv=2/π*vcc^2/rl
η。=pom/pv=π/4=78.5%
这里应当注意，大功率饱和管压降为2-3v，因而一般情况下不能忽略饱和管的压降，即不能用上面的三个式子。
03ocl电路中晶体管的选择
在功率放大电路中，应根据晶体管所承受的最大管压降vces、集电极最大的电流icm和最大的功耗来选择晶体管。
1、最大的管压降
从ocl电路工作原理的分析可知，两只功放管中q1和q2处于截至状态的管子将承受较大的管压降。假设输入电压ui为正半周，q1导通，q2截至，当ui从0开始增加到峰值时，q1和q2管的发射极电位ve逐渐增加到（vcc-vces1），因为q2管的管压降vec2的数值 vec2=（ve-0）=ve，vce2max=vcc-vces1，由于ie平均电流比较小，r9r10阻值比较小，所以先忽略这两个电阻产生的压降。。利用同样的分析方法去分析，可得：
当ui为下半周值时，q1管承受最大的管压降，数值为vcc-vces2.所以考虑要预留一定的余量，管子承受最大的压降为/vcemax/=vcc。
2、集电极最大电流
从电路最大输出功率的分析可知，晶体管的发射极电流等于负载电流，负载电阻上的的最大电压为vcc-vces1，故集电极电流的最大值为：
ic≈iemax=（vcc-vces1）/rl
考虑留有一定余量
icmax=vcc/rl
3、集电极最大功率
在功率放大电路中，电源提供的功率，除了转换输出功率外，其余部分主要消耗在功率管q1和q2上，可以认为晶体管所损耗的功率pq=pv-po。当激励信号输入电压为2.5v时，即输出功率最小时，由于集电极电流非常小，使管子的损耗很小；当输入电压最大时，即输出功率最大，由于管子压降很小，使管子的损耗也很小；可见，管耗最大既不会发生在电压电压最小时，也不会发生在输入电压最大时。下面列出了晶体管的集电极功耗pq与输出电压峰值vom的关系，然后对vom求管压降和集电极电流瞬时值的表达式：
vce=（vcc-vomsinwt），ic=vom/r
l*sinwt
功耗pq为功放管q1和q2管所损耗的平均功率，所以每只晶体管的集电极功耗表达式为：
瞬时最大的管压降*瞬时的电流 再求平均
pq=1/2π（vcc-vomsin wt）*vom/rl*sin wt*dwt
=1/rl（vcc*vom/π-vom^2/4）
假设dpq/dvom=0，可以求得，vom=2/π*vcc≈0.6vcc。
以上分析表明，当vom≈0.6vcc时，pq=pqmax。 将uom代入pq==1/rl（vccvom/π-vom^2/4）
pqmax=vcc^2/π^2rl
当vces=0时，根据pom=vom^2/rl=vcc^2/2rl
pqmax=2*pom/π^2≈0.2pom/uces=0
可见，晶体管集电极最大功耗仅为理想（饱和压降为0）时最大输出功率的五分之一。
查询手册选择晶体管时，应使用极限参数
vbrceo》vcc
icm》vcc/rl
pcm》0.2pom/vces=0， pcm集电极功耗
这里仍需要强调的，在选择晶体管时，其极限参数，特别是pcm应留一定的余量，并且严格按照手册pcblayout或安装散热片。
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为了消除基本ocl电路所产生交越失真，应当设置合适的静态工作点，使两只放大晶体三极管均工作在临界导通或微导通状态。能够消除交越失真的ocl电路如图1所示。
图（1）消除交越失真的ocl电路
在上图中，静态时，从+12v经过r5、r6、d1、d2、r7、r8到gnd有一个直流电流，它在q1和q2管两个基极之间所产生的电压为ub1b2=ur6+ud1+ud2+ur7，使ub1b2略大于q1管发射结和q2管发射结开启电压之和，从而使两只管子均处于微导通态，即都有一个微小的基极电流，分别为ib1和ib2。调节r6和r7，可使发射极静态电位vout为0v，即输出电压vo为0v.
当所加信号ui按正旋规律变化时，由于二极管d1、d2的动态电阻很小，而且r6和r7的阻值也比较小，因而可以认为q1管基极电位的变化与q2管基极电位的近似相等，即ub1≈ub2≈ui。
也就是说，可以认为两管基极之间电位差基本是一个恒定值，两个基极的电位随ui产生相同变化。这样，当ui》2.5v且逐渐增大时vbe1逐渐变大，q1的基极电流ib1随之增大，发射极电流ie1也必然增大，负载电阻rl上得到正方向的电流；
与此同时，ui的增大使veb2减小，当减小到一定数值时，q2管截至。同样道理，当vi《2.5v且逐渐减小时， veb2逐渐增大，q2的基极电流ib2随之增大，发射极电流ie2必然也会增大，负载电阻rl上得到负方向的电流；
与此同时，ui的减小，使vbe1减小，当减小到一定数值时，q1管截至。这样，即使ui很小，总能保证至少有一个晶体三极管导通，因此消除了交越失真。q1和q2管在ui的作用下，其输入特性的中的图解分析如图3所示：
图（1.1） 输入特性的中的图解分析
q1和q2静态工作点以下，输入信号越大到越小，到q1截至，ui无信号，q1又回到了静态工作点电流。
输入信号越小到越大，到q2截至，ui很小的时候（无信号），q2又回到了静态工作点电流。
综上所述，输入信号的正半周主要是q1管发射极驱动负载，负半周主要是q2管发射极驱动负载，而且两管的导通时间都比输入信号的半个周期要长，即在输入电压很小的时候，两只管子同时导通，因而他们工作在甲乙类状态。
值得注意的是，若静态工作点失调，例如r6、d1、d2、r7中的任意一个元器件虚焊，则从12v经过r5、q1管的发射结，r9r10，q2的发射结到r8到gnd形成一条通路，有较大的基极电流ib1和ib2流过，从而导致q1和q2有很大的集电极电流ic1和ic2，且每只管子的最大管压降vce都约等于12v，以至于q1和q2管可能因为功耗过大而损坏。因此，r9和r10的作用就非常重要了，可以分担q1q2 的vce的压降。
02ocl电路的的输出功率及效率
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图中的i区为q1的输出特性，ii区为q2的输出特性。因两只管子的静态电流很小，所以可以认为静态工作点在横轴上，如上图所标注的，因而最大输出电压幅值等于电源电压减去晶体管的饱和压降，即（vcc-vces1）。
实际上，即使不画出图形，也能得到同样的结论。可以想象，在正旋波的正半周，ui从0逐渐增大，输出电压也随之逐渐增大，q1管的ce管压降必然逐渐减小，当管压降下降到饱和压降时，输出电压达到最大值，其值为（vcc-vces1），因此最大不失真输出电压的有效值：
uom=（vcc-vces1）/，假设三极管参数等一样，饱和压降也一样，即vces1=-vces2=vces。
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在忽略基极回路电流的情况下，电源vcc提供的电流：
ic=（vcc-vces）/rlsinwt
电源在负载获得最大交流功率时，所消耗的的平均功率等于平均电流于电源电压之积，
pv=1/π（vcc-vces）/rlsinwt*vcc dwt=2/π*vcc（vcc-vces）/rl
整理后得到，转换效率
η。=pom/pv=π/4*（vcc-vces）/vcc
在理想情况下，即饱和管的压降可忽略不计，r9和r10比较小忽略不计（q1和q2射极负反馈电阻），的情况下
pom=uom^2/rl=vcc^2/2rl
pv=2/π*vcc^2/rl
η。=pom/pv=π/4=78.5%
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1、最大的管压降
从ocl电路工作原理的分析可知，两只功放管中q1和q2处于截至状态的管子将承受较大的管压降。假设输入电压ui为正半周，q1导通，q2截至，当ui从0开始增加到峰值时，q1和q2管的发射极电位ve逐渐增加到（vcc-vces1），因为q2管的管压降vec2的数值 vec2=（ve-0）=ve，vce2max=vcc-vces1，由于ie平均电流比较小，r9r10阻值比较小，所以先忽略这两个电阻产生的压降。。利用同样的分析方法去分析，可得：
当ui为下半周值时，q1管承受最大的管压降，数值为vcc-vces2.所以考虑要预留一定的余量，管子承受最大的压降为/vcemax/=vcc。
2、集电极最大电流
从电路最大输出功率的分析可知，晶体管的发射极电流等于负载电流，负载电阻上的的最大电压为vcc-vces1，故集电极电流的最大值为：
ic≈iemax=（vcc-vces1）/rl
考虑留有一定余量
icmax=vcc/rl
3、集电极最大功率
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vce=（vcc-vomsinwt），ic=vom/r
l*sinwt
功耗pq为功放管q1和q2管所损耗的平均功率，所以每只晶体管的集电极功耗表达式为：
瞬时最大的管压降*瞬时的电流 再求平均
pq=1/2π（vcc-vomsin wt）*vom/rl*sin wt*dwt
=1/rl（vcc*vom/π-vom^2/4）
假设dpq/dvom=0，可以求得，vom=2/π*vcc≈0.6vcc。
以上分析表明，当vom≈0.6vcc时，pq=pqmax。 将uom代入pq==1/rl（vccvom/π-vom^2/4）
pqmax=vcc^2/π^2rl
当vces=0时，根据pom=vom^2/rl=vcc^2/2rl
pqmax=2*pom/π^2≈0.2pom/uces=0
可见，晶体管集电极最大功耗仅为理想（饱和压降为0）时最大输出功率的五分之一。
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vbrceo》vcc
icm》vcc/rl
pcm》0.2pom/vces=0， pcm集电极功耗
这里仍需要强调的，在选择晶体管时，其极限参数，特别是pcm应留一定的余量，并且严格按照手册pcblayout或安装散热片。
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