作者:郭嘉老师(张飞实战电子高级工程师)
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.利用同样的分析方法去分析,可得:
当Ui为负的峰值时,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/RL*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Uom≈0.6Vcc时,Pq=Pqmax。 将Uom代入Pq==1/RL(VccUom/Π-Uom^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 用于AD2SXX RDC参考信号输出的高电流缓冲器(图1) 图(2)消除交越失真的OCL电路 图(3.1) 输入特性的中的图解分析
当输入电压足够大,且有不产生饱和失真时,电路的分析如下图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。
前期回顾:
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