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OTL功率放大器--模拟电路及晶闸管应用


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14—1
二.实验原理
图14—1所示为OTL低频功率放大电路。其中V1为推动级(也称前置放大级),V2、V3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。V1工作于甲状态,它的集电极电流IC1由电位器RP1进行调节。IC1的一部分流经电位器RP2和D,给V2、V3提供偏压。静态时要求输出端中点A的电位VA=UCC/2,可以通过调节RP1来实现,由于RP1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ui时,经V1放大、倒相后同时作用于V2、V3的基极,ui的负半周使V2管导通(V3管截止),有电流通过负载RL,同时向电容Co充电,在ui的正半周,V3导通(V2管截止),则已充好电的电容器Co起着电源的作用,通过负载RL放电,这样在RL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Pom
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POM。      

2.效率

PE—直流电源供给的平均功率。
理想情况下,hmax=78.5%。在实验中,可测量电源供给的平均电流Idc,从而求得PE=UCC·Idc,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Ui之值。
三.实验设备及器件
1.数字频率计;                        2.信号源(下组件) ;
3.示波器(自备);            4.交流毫伏表;
5.直流电压表、毫安表;  
6.功率放大器模块。
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14—1连接实验电路, RP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(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V
调节电位器RP1,用数字直流电压表测量A点电位,使
(2) 调整输出级静态电流及测试各级静态工作点
使输入V2、V3管的IC2=IC3=5~10mA。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V1的集电极电流IC1较小,从而可以把测得的总电流近似当作末级的静态电流,则可从总流中减去IC1之值。
输出级电流调好以后,测量各级静态工作点,记入表14—1中。
表14—1  IC2=IC3=     mA    UA=2.5V
  V1 V2 V3
UB(V)      
UC(V)      
UE(V)      
2.最大输出功率POm和效率h的测试
(1)测量Pom
输入端接f=1KHZ的正弦信号ui,输出端用示波器观察输出电压uo波形。逐渐增大ui,使输出电压达到最大不失真输出,用交流毫伏表测出负载RL上的电压UOm,则

(2)测量效率h
当输出电压为最大不失真输出时,读出数字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Idc(有一定误差),由此可近似求得PE=UCC·Idc,再根据上面测得的POm,则可求出

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PO=POm时的输入电压值Ui即可。
4.频率响应的测试
测试方法同实验二。记入表14—2中。
表14—2      Ui=    mV
fL          fo        f
f (HZ)           1000          
Uo(V)                      
Av                      
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Ui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PO=Pomax时的电压增益         

(2)将C2开路,R短路(无自举,可从模板的背面自行搭建),再测量PO=POmax的Av
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(ui=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UN,本电路若UN<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Pom,效率h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。
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