模电实验 低频功率放大器(I)

实 验 报 告

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、实验仪器

1、THM-3A 模拟电路实验箱

2、SS-7802A 双踪示波器

3、MVT-172D 交流数字毫伏表

4、数字万用电表

5、低频OTL 功率放大器电路模块

6、8Ω扬声器

三、原理摘要

图14－1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IC1由电位器RW1进行调节。IC1 的一部分流经电位器RW2及二极管D ， 给T2、T3提供偏压。调节RW2，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RW1来实现，又由于RW1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。

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。

图14－1 OTL 功率放大器实验电路 （一）OTL 电路的主要性能指标 1．最大不失真输出功率P0m

理想情况下， ，在实验中可通过测量RL 两端的电压有效值，来求得实际的 。 2．效率η

PE —直流电源供给的平均功率

理想情况下，ηmax ＝ 78.5％ 。在实验中，可测量电源供给的平均电流IdC ，从而求得 ，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。 （二）电路构成

1．推动级（前置放大级）

由晶体三极管1T 组成，1T 管工作于甲类状态，它的集电极电流

1C I 由电位器1w R 进行调节。

根据晶体管的工作状态分的。放大器工作状态有三类，即甲类、乙类和甲乙类状态。 （1）甲类状态是指在信号的整个周期内（正弦波的正负两个半周），晶体管不会出现电流截止（即停止输出）。晶体管的工作点在其线性部分中点，不论信号电平如何变化，它从电源取出的电流总是恒定不变，甲类放大器的优点是无交越失真和开关失真，而且谐波分量中主要是偶次谐波，在听感上低音厚实、中音柔顺温暖、高音清晰利落、层次感好，十分讨人喜欢，缺点是耗电多，效率低（其实际效率不可能超过25％），容易发热和对散热要求高，由于器件长期工作于大电流高温下，容易引起可靠性和寿命方面的问题，而且整机成本高。 （2）乙类状态是指正弦信号的正负两个半周分别由推挽输出级的两“臂”（两个晶体管）轮流放大输出，每一“臂”的导电时间为信号的半个周期。乙类放大器的偏置使推挽工作的晶体管在无驱动信号时，处于低电流状态，当加上驱动信号时，一对管子中的一只在半周期内电流上升，而另一只管子则趋向截止，到另一个半周时，情况相反，由于两管轮流工作，必须采用推挽电路才能放大完整的信号波形。乙类放大器的优点是效率较高，理论上可达78％，缺点是由于静态基电流为零，在输入信号较小时，晶体管工作点处于截止区，此时会产生交越失真。

（3）甲乙类状态是指放大器在低电平驱动时，放大器为甲类工作，当提高驱动电平时，转为乙类工作。甲乙类放大器的优点在于它比甲类提高了小信号输入时的效率，随着输出功率的增大，效率也增高，虽然失真比甲类大，但不会出现乙类的交越失真。采用高偏流的甲乙类放大器是目前应用最广泛的晶体管功率放大器。 2．输出级 由2T 、

3T 组成，2T 、3T 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，因此具有输出电阻低，负载能力强等优点，适合于作功率输出级。

1C I 的一部分流经电位器2w R 及二极管D ， 给2T 、3T 提供偏压。调节2w R ，可以使2T 、3T 得到合适的静态

电流，使得2T 、

3T 在没有输入信号时就处于微微导通状态，即2T 、3T 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

2/CC A U U ，可以通过调节2w R 来实现，又由于2w R 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。 四、实验内容与步骤

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14－1 连接实验电路，将函数信号发生器的幅度调节旋钮逆时针旋到尽头，使输入到电路的信号幅度u i =0，将数字万用电表调至直流20mA 档，串入电路电源进线左侧的两个插孔中，电位器 R W2顺时针旋至最小值，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

V U 21

U CC A 5.2==

。下面的步骤中，电位器R W1的位置必须

保持不变。

（2）调整输出极静态电流及测试各级静态工作点

用动态调试法。先将电位器 R W2顺时针旋至最小值，将函数信号发生器的衰减40dB 按钮按下。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 ，将函数信号发生器的开关断开，使输入电路的信号幅度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，记入实验表格中。 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 和输入灵敏度U i

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 0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

L 0m

2Om R U P =

此时输入电路的信号有效值值U i 即为输入灵敏度，将实验结果记入实验表格中。 （2）测量η

当输出电压为最大不失真输出时，保持正弦信号u i 幅度，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 dc

CC E I U 21P ⋅=，再根据上面测得的P 0m ，即可求出E Om P P η=。

五、实验数据及数据处理

一、静态工作点的测试

==C3C2I I 7.8 mA 5.2=A U （V ）

二、测量最大输出功率om P 和效率η和输入灵敏度。

L R =8.2Ω f =1000Hz

L 0m

2Om R U P =

=((0.3955)^2)/8.2=0.0191

dc CC E I U 21

P ⋅=

=0.5*5*23.6*10^(-3)=0.059

E Om

P P η=

=0.0191/0.059*100%=32.4%

六、思考题

1、交越失真产生的原因是什么？怎样克服交越失真？

在分析电路时把三极管的导通电压看作零，当输入电压较低时，因三极管截止而产生的失真称为交越失真。 交越失真出现在乙类放大电路，甲类放大电路失真最小但是效率较低10%左右，乙类有交越失真但是其效率高，所以出现了甲乙类放大电路，比甲类效率高，比乙类失真小。

克服交越失真措施是：采用高偏流的甲乙类放大器，避开死区电压区，使每一晶体管处于微导通状态，一旦加入输入信号，使其马上进入线性工作区。

2、为了不损坏输出管，调试中应注意什么问题？

一开始把RW2调至最小，使三极管的电流不至于过大而损坏管子