实验十六　　低频功率放大器（Ⅰ）

     　─ OTL 功率放大器 ─

  一、实验目的

1、进一步理解OTL功率放大器的工作原理

2、学会OTL电路的调试及主要性能指标的测试方法

  　二、实验原理

图16－1所示为OTL 低频功率放大器。其中由晶体三极管T₁组成推动级（也称前置放大级），T₂、T₃是一对参数对称的NPN和PNP型晶体三极管，它们组成互补推挽OTL功放电路。由于每一个管子都接成射极输出器形式，因此具

图16－1  OTL 功率放大器实验电路

有输出电阻低，负载能力强等优点，适合于作功率输出级。T₁管工作于甲类状态，它的集电极电流I_C1由电位器R_W1进行调节。I_C1 的一部分流经电位器R_W2及二极管D， 给T₂、T₃提供偏压。调节R_W2，可以使T₂、T₃得到合适的静态电流而工作于甲、乙类状态，以克服交越失真。静态时要求输出端中点A的电位，可以通过调节R_W1来实现，又由于R_W1的一端接在A点，因此在电路中引入交、直流电压并联负反馈，一方面能够稳定放大器的静态工作点，同时也改善了非线性失真。

当输入正弦交流信号u_i时，经T₁放大、倒相后同时作用于T₂、T₃的基极，u_i的负半周使T₂管导通（T₃管截止），有电流通过负载R_L，同时向电容C₀充电，在u_i的正半周，T₃导通（T₂截止），则已充好电的电容器C₀起着电源的作用，通过负载R_L放电，这样在R_L上就得到完整的正弦波。

　　C₂和R 构成自举电路，用于提高输出电压正半周的幅度，以得到大的动态范围。

　　OTL 电路的主要性能指标

1、最大不失真输出功率P_0m

　理想情况下，，在实验中可通过测量R_L 两端的电压有效值，来求得实际的。

  　2、 效率η

  P_E  —直流电源供给的平均功率

理想情况下，η_max ＝ 78.5％ 。在实验中，可测量电源供给的平均电流I_dC ，从而求得P_E＝U_CC·I_dC，负载上的交流功率已用上述方法求出，因而也就可以计算实际效率了。

  　3、 频率响应

详见实验二有关部分内容

　  4、 输入灵敏度

    输入灵敏度是指输出最大不失真功率时，输入信号U_i之值。

    三、实验设备与器件

  　1、 ＋5V直流电源             5、 直流电压表

    2、 函数信号发生器          6、 直流毫安表

    3、 双踪示波器              7、 频率计

    4、 交流毫伏表

    8、 晶体三极管 3DG6 (9011)  3DG12 (9013)

                   3CG12 (9012) 晶体二极管 IN4007

        8Ω扬声器、电阻器、电容器若干

    四、实验内容

　　在整个测试过程中，电路不应有自激现象。

  　1、 静态工作点的测试

　　按图16－1 连接实验电路，将输入信号旋钮旋至零（u_i=0）电源进线中串入直流毫安表，电位器 R_W2置最小值，R_W1 置中间位置。接通＋5V 电源，观察毫安表指示，同时用手触摸输出级管子，若电流过大，或管子温升显著，应立即断开电源检查原因（如R_W2 开路，电路自激，或输出管性能不好等）。如无异常现象，可开始调试。

　  1) 调节输出端中点电位U_A

    调节电位器R_W1 ，用直流电压表测量A 点电位，使。

  　2) 调整输出极静态电流及测试各级静态工作点

　　调节R_W2 ，使T₂、T₃管的I_C2＝I_C3＝5～10mA。 从减小交越失真角度而言，应适当加大输出极静态电流，但该电流过大，会使效率降低，所以一般以5～10mA左右为宜。由于毫安表是串在电源进线中， 因此测得的是整个放大器的电流，但一般T₁的集电极电流I_C1 较小，从而可以把测得的总电流近似当作末级的静态电流。如要准确得到末级静态电流，则可从总电流中减去I_C1之值。

　　调整输出级静态电流的另一方法是动态调试法。先使R_W2＝0，在输入端接入f＝1KHz的正弦信号u_i。逐渐加大输入信号的幅值，此时， 输出波形应出现较严重的交越失真（注意：没有饱和和截止失真），然后缓慢增大R_W2 ，当交越失真刚好消失时，停止调节R_W2 ，恢复u_i＝0 ，此时直流毫安表读数即为输出级静态电流。一般数值也应在5～10mA左右，如过大，则要检查电路。

输出极电流调好以后，测量各级静态工作点，记入表16－1。

表16－1  I_C2＝I_C3＝   mA   U_A＝2.5V

　　注意：

① 在调整R_W2 时，一是要注意旋转方向，不要调得过大，更不能开路，以免损坏输出管

　 ② 输出管静态电流调好，如无特殊情况，不得随意旋动 R_W2的位置。

　  2、 最大输出功率P_0m 和效率η的测试

  　1) 测量P_om

输入端接f＝1KHz 的正弦信号u_i，输出端用示波器观察输出电压u₀波形。逐渐增大u_i，使输出电压达到最大不失真输出，用交流毫伏表测出负载R_L上的电压U_0m ，则   

。

  　2) 测量η

当输出电压为最大不失真输出时，读出直流毫安表中的电流值，此电流即为直流电源供给的平均电流I_dC（有一定误差），由此可近似求得 P_E＝U_CCI_dc，再根据上面测得的P_0m，即可求出。

3、输入灵敏度测试

　　根据输入灵敏度的定义，只要测出输出功率P₀＝P_0m 时的输入电压值U_i即可。

  　4、 频率响应的测试

　　测试方法同实验二。记入表16－2。

  表16－2        U_i＝    mV     

　　在测试时，为保证电路的安全，应在较低电压下进行，通常取输入信号为输入灵敏度的50％。在整个测试过程中，应保持U_i为恒定值，且输出波形不得失真。

  　5、研究自举电路的作用

    1)测量有自举电路，且P₀＝P_0max 时的电压增益 

  　2)将C₂开路，R 短路（无自举），再测量P₀＝P_0max 的A_V。

　　用示波器观察1)、2)两种情况下的输出电压波形，并将以上两项测量结果进行比较，分析研究自举电路的作用。

　  6、噪声电压的测试

　　测量时将输入端短路(u_i＝0) ，观察输出噪声波形，并用交流毫伏表测量输出电压，即为噪声电压U_N，本电路若U_N＜15mV，即满足要求。

  　7、试听

　　输入信号改为录音机输出，输出端接试听音箱及示波器。开机试听，并观察语言和音乐信号的输出波形。

    五、实验总结

  　1、 整理实验数据，计算静态工作点、最大不失真输出功率P_0m、效率η等，并与理论值进行比较。画频率响应曲线。

  　2、 分析自举电路的作用。

  　3、 讨论实验中发生的问题及解决办法。

    六、预习要求

  　1、 复习有关OTL 工作原理部分内容。

  　2、 为什么引入自举电路能够扩大输出电压的动态范围？

  　3、 交越失真产生的原因是什么？怎样克服交越失真？

  　4、 电路中电位器R_W2如果开路或短路，对电路工作有何影响？

  　5、 为了不损坏输出管，调试中应注意什么问题？

    6、 如电路有自激现象，应如何消除？

第二篇：OTL功率放大器(仿真)实验

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