实验三十一、OCL 电路输出功率和效率的研究

最新推荐文章于 2024-10-17 12:32:15 发布

passxgx

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分类专栏：模电Multisim实验文章标签：硬件工程嵌入式硬件

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本文研究了一种OCL功率放大电路，通过仿真分析了输出功率、效率以及失真情况。结果显示电路存在交越失真和输出幅度不对称，强调了在设计中考虑静态工作点和晶体管特性的重要性，同时验证了理论计算与实际仿真的误差范围。

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一、题目

研究 OCL 功率放大电路的输出功率和效率。

二、仿真电路

OCL 功率放大电路如图1所示。
在这里插入图片描述 $功率放大电路图1\,\,\,\textrm{OCL}\,功率放大电路$ 图中采用 NPN 型低频功率晶体管 2SC2001，其参数为： $mAI_{CM}=700\,\textrm{mA}$ ， $mWP_T=600\,\textrm{mW}$ ， $VU_{(BR)CEO}=25\,\textrm V$ ， $VU_{CES}=0.6\,\textrm V$ ；PNP 型低频功率晶体管 2SA952，其参数为： $mAI_{CM}=-700\,\textrm {mA}$ ， $mWP_T=600\,\textrm{mW}$ ， $VU_{(BR)CEO}=-25\,\textrm V$ ， $VU_{CES}=-0.6\,\textrm V$ 。
输出功率 $P_o$ 为交流功率，可采用瓦特表测量；电源消耗的功率 $P_{V}$ 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 $P_{V}$ 。

三、仿真内容

1、观察输出信号波形的失真情况。
2、分别测量静态时以及输入电压峰值为 $V11\,\textrm V$ 时的 $P_o$ 和 $P_V$ ，计算效率。

四、仿真结果

仿真结果如表1所示。 $测试数据表1\,\,\,测试数据$

输入信号 $\\\,$ V1峰值/V	直流电流表1 $\\\,$ 读数 $I_{C1}$ /mA	直流电流表2 $\\\,$ 读数 $I_{C2}$ /mA	电源消耗的 $\\\,$ 功率 $P_V$ /W	瓦特表读 $\\\,$ 数 $P_o$ /W	OCL 电路输出信号正、负 $\\\,$ 向峰值 $U_{omax+}$ ， $U_{omax-}$ /V
0	0	0	0	0	0,0
11	62.282	62.723	1.500	1.011	10.218,-10.206

由表1中的数据，经计算，可得电源消耗的功率、输出功率和效率，如表2所示。 $功率和效率表2\,\,\,功率和效率$

输入电压 $\,$ 峰值为 11 V	$V_{CC}$ 功耗 $P_{V+}$ /W	$V_{CC}$ 功耗 $P_{V-}$ /W	电源总功耗 $P_V$ /W	输出功率 $P_{om}$ /W	效率/%
计算公式	$I_{C1}V_{CC}$	$I_{C2}V_{CC}$	$I_{C1}+I_{C2})V_{CC}$	$(Uomax+−Uomax−2)2/(2RL)\Big(\displaystyle\frac{U_{omax+}-U_{omax-}}{2}\Big)^2/(2R_L)$	$P_{om}/P_V$
计算结果	0.747	0.753	1.500	1.043	69.5%

五、结论

（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 $WP_V=\frac{2}{π}\cdot\frac{V_{CC}\cdot(U_{omax+}-U_{omax-})/2}{R_L}\approx1.560\,\textrm W$ 该数据明显大于仿真结果，必然使效率降低，为 $η=PomPV≈66.9%η=\frac{P_{om}}{P_V}\approx66.9\%$ 与通过仿真所得结果误差小于 $5%5\%$ ，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对设计具有指导意义。
（3）本例演示了功率的测试方法。