七　OTL功率放大电路

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。

图7－1  OTL功率放大器实验电路

二、试验原理

  　图7－1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，T₂ ,T₃是一对参数对称的NPN和PNP型晶体三极管，他们组成互补推挽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得到适合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 U_A=1/2U_CC，可以

通过调节R_W1来实现，又由于R_W1的一端接在A点，因此在电路中引入脚.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_om

    理想情况下,P_om=U_CC²/8R_L,在实验中可通过测量RL两端的电压有效值,来求得实际的P_OM=U_O²/R_L。

     2.效率=P_OM/P_E 100%   P_E－直流电源供给的平均功率

    理想情况下,功率M_ax=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

    祥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

8．晶体三级管　3DG6×1（9100×1）　3DG12×1（9031×1）

　　　　　　　3CG12×1（9012×1）　晶体二极管2CP×1

　8欧喇叭×1，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。按图7－1连接实验电路，电源进入中串人直流毫安表，电位器R_W2置为最小值，R_W1置中间位置。接通+5V电源，观察毫安表指示，同时要手触摸输出级管子，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，或管子性能不好等）。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R_A＝1/2U_CC。

　　　2）调整输出极静态电流用测试各级静态工作点

　　　调节R_W2，使T₂、T₂管的I_C2＝I_C3＝5－10mA。从减小义越失真角度而言，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，因此测量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示末级的静态电流。如要准确得到末级静态电流，则可以从总晾中减去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：没有饱和和载止失真），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，此时直流毫安表计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。

输出级电流调好以后，测量各级静态工作点，记入表7－1。

　　表7－1　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，一得随意旋动R_W2的位置。

2．最大输出功率P_OM和效率n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U_O波形。逐渐增大U_i，使输出电压达到最大不失真输出，用交流毫伏表没出负载R_L上的电压U_OM，则

　　P_OM＝U_OM²/R_L

2）测量n

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_ac（有一定误差），即此可近似求得P_E＝U_CCI_CC，再根据上面没得的P_OM，即可求出n=P_OM/P_E。

3．输入灵敏度测试

根据输入灵敏度的定义，只要测出功率P_O＝P_OM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7－2。

　　表7－2　　　　　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P_O＝P_OMAX时的电压增益A_V＝U_OM/U_i。

2）半C₂开路，R短路（无自举），再测量P_O＝P_OMAX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、实验报告

1．整理实验数据，计算静态工作点、最大不失真输出功率P_OM、效率n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工作原理的内容。

2．为什么收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．为了不损坏三级管，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功放电路参数的仿真分析

Ｅ口回

ＴＯＯＬＳＡＮＤＳＫｌＬＬＳ

ＯＴＬ功放电路参数的仿真分析

●●

作者／畅锐

电子爱好者在￥Ｉ作电路的时候。经常会遇到手上信号负半周电压高于一０７Ｖ时就开始工作．从而确保的元器件参数不全的问题．不能确定用哪个近似参信号正负半周交接时不会产生失真．这是该电路设计比数的元器件代替才不会影响电路的正常工作。设计者较巧妙的地方。

往往陷入两难的境地．不知所错。首先在Ｍｕｌｔｉｓｉｍ中建立此电路的模型，并在输八

其实．可以用仿真软件事先对电路进行模拟．确端用模拟的函数信号发生器送＾音频正弦信号．输出端定电路的工作状态。ＮａｔｉｏｎａｌＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ的Ｍｕｌｔｉｓｉｍ用模拟示波器观察输出波形．用模拟数字万用表测量输就是其中很出色的一个，软件操作也很简单、直观，出的交流电压。如图２所示。逐一调整电阻的取值，在各种信号源、测量仪器都比较齐全，是广大电子爱好输出端观案波形和输出电压，就可以得出电阳的台理取者的个好帮手。本文的实例是个三昌体管ＯＴＬ功值范围。

放电路仿真分析，试验各个电阻参数变化时对输出信在各电阻中，Ｒ４Ｒ５主要是保证管于的稳定工作，号失真度的影响．ｎ而确定各电阻的取值范围。功放不会造成信号的失真。Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３是用来确定各管的电路的变流放大倍数和频率

响应也可以仿真．本文不再一

深＾分析。

图１是一个三管功放电

路．电路中Ｑ１（９０１３）是

预放管，工作于甲类状态．

对输入的音频信号进行全周

期放大：Ｑ２（８０５０１．Ｑ３

（８５５０）组成一套推挽放大电

路．都工作于乙类状态．Ｑ２

管放大正半周信号，Ｑ３管放

大负半周的信号。Ｒ１、Ｒ２、

Ｒ３是各管的偏置电阻；Ｒ４、

Ｒ５放在输出端，用以抑制

Ｑ２、Ｑ３Ｉ作时由于温升产

生的工作点漂移；Ｒ６是负

反馈电阻。Ｄ１、Ｄ２构成箝

位电路．保证Ｑ２的基极电

位始终比Ｑ３的基极电位高

１４Ｖ．那么Ｑ２在Ｑ３基极

万方数据２０１１０４Ｉ∞ｊ目Ｅ●６９

工作点的．它们的取值不但影响输出电平的高低．更挟定输出信号的品质．因为三极管的失真就是因为Ｉ作点不合理造成的。Ｒ６是负反馈电阻．它的取值不但会影响整个电路增益．也会对０１的工作点产生影Ⅱ向。因此对Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ６的取值是主要关注的。

首先从Ｒ１开始。Ｒ１是０１营的集电极偏置电阻．同时又对Ｑ２的羹电极电流起到分流作用。作为０１篱的集电极偏置电阳．Ｒ１将决定０１管的工作点；作为Ｑ２的集电极电流分流电阻．它又将决定输出信号的强弱。因此．Ｒ１取值时不但要保证０１管不能产生失真．还要让输出信号尽量大，是本电路的个关键元件。

Ｒ１取值越小，对Ｑ２的分流就越多．输出信号越小．但０１管的Ｕｃｅ就越太．Ｉ作点会下移．造成输出信号波形上部失真．不过由于Ｄ１、Ｄ２的降压．此影响尚不明显。囤３为Ｒ１取２０００时输出端的波形和电压．

可以看出此时波形没有失真，但输出电压只有１

０９５Ｖ。

Ｒ１取值越大，对０２的分流越少．输出信号会越强．但０１管的Ｕｃｅ会减小．造成工作点上移，使得０１输出信号下部失真。图４为Ｒ１取３８００的输出波形和输出电压．可以看到此时输出电压达到１，８８５Ｖ，但波形下部已经有失真。

因此．Ｒ１的取值不能大于３９００．典型值可以取

３６００或３３０［｝。

恕是０１管的基极偏置电阻．它的取值影响０１管的‰

陀越大．Ｉｂ会献．使得０１管的Ｉ作点上移，接近饱和导衄．

造成Ｑ１输出信号底部产生先茸，进而影响后缎输出售号。圈

５为瞪取３３ＫＱ时．０１的集电报渡骺．可以看出渣形下部Ｂ经有失真，可见Ｒ２取值不能大于３３Ｋｏ。

陀取僮越Ｊ、．Ｑ１管的Ｉｂ会越小．工作点下移．接近截

止区．造成Ｑ１输出信号顶部产生失真¨国６为陀取１

０ＫＱ

７０●∞”１１４

万方数据

Ｉ～ｅｌｅｌ６９…

图３

ＴｏＯＬｓＡＮＤＳＫＩＬＬｓ

时０１的集电极波形。可以看见此时波形顶部已经产生失真．同时电路输出端电压聋为１

５２４Ｖ。

粥是负反馈电阻．隔趟Ｊ、，负反壤电流越小，则０’的

Ｉｂ会趣大．造或Ｉ作点上穆，接近导通日，使得输出信号底部失真。图８为带取＆９Ｋ（３时精出端的波形和电压．此时渡搿底鲫！经存失真，

与±相反．Ｆ８越大．造成Ｑ１ｔ怍点下移．会使得信号顶部产生失真．如圄９．Ｒ６取１Ⅲｏ时的波形肝示，

可见Ｒ６的取值应该在３默。一ＩＯＫＤ之间．典型值可以

取５．６＜Ｑ、６２Ｋ０。

就这样，利用Ｍ￣＿№ｓｍ的仿真功能可以将电路中各电阻

可见陀取值应在１瞰Ｏ≈３Ｋｎ之间，典型值可以取

２ＴＫ０ｎ

ｍ是０１管的发射极偏置电阻．由于它本身就是起稳定＝报管Ｉ作点的作用，因此阳较少范围的变化不会咀显Ｐ生输出失真的现象．更可能是引起电斑直渍放大倍数的改变，影响整个电路Ｉ作的稳定性。Ｒ３越太．Ｏｌ的放大倍数越小．输出越小。陌越小．０１的放大倍数越大．输出越大．但也容

易产生失真。圈７为ｍ取５６０时０１的集电极波形和电匪

此时波形的底部已经产生了生真，但Ｑ１的集电极交流电压

可以达到３２４Ｖ。可见Ｒ３取值不能小于５６０．典型值可以取

６８口、７５０。

的眼值确定在—个台理的范围内，保证电路的正常Ｉ作ｎ另外需要注意的是．电路中元器＊之间的影响是相互的．各元器件参数的调整也要考虑全局．才能使电路Ｉ作在最忧的状态

图７

目９

圈

０４ｌ自；ｑＥＩ７１

２０１１

万方数据

OTL功放电路参数的仿真分析作者：

作者单位：

刊名：

英文刊名：

年，卷(期)：杨锐电子制作ELECTRONICS　DIY2011(4)

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