互补对称功率放大器实验--模拟电路实验箱

一、实验目的
1、进一步理解互补对称（OTL）功率放大器的工作原理
2、学会互补对称（OTL）电路的调试及主要性能指标的测试方法
二、实验原理
图22-1所示为互补对称（OTL）低频功率放大器。

图22-1互补对称功率放大器

其中由晶体三极管V₁组成推动级（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。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M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_om
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、电容若干
9、分立功放电路模块
四、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？
五、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22-1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，应适当加大输出级静态电流，但该电流过大，会使效率降低，所以一般以5～10mA左右为宜。由于毫安表是串接在电源进线中， 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22-1。
表22-1    I_C2＝I_C3＝       mA        U_A＝2.5V

	T1	T2	T3
UB(V)
UC(V)
UE(V)

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22-2。
表22-2        U_i＝   mV     

	fL             f0              fH
f(Hz)						1000
U0(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。
六、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。