模拟电子技术基础：5-10互补对称功率放大器实验.docx

5.10 互补对称功率放大器实验

1． 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） 掌握互补对称（OTL）电路的调试及主要性能指标的测试方法

2． 实验设备与器件
（1） ＋5V直流电源
（2） 数字万用表
（3） 函数信号发生器
（4） 双踪示波器
（5） 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
（6） 分立功放电路模块

3． 预习要求
（1） 复习OTL电路的工作原理。
（2） 了解自举电路，思考为什么引入自举电路能扩大输出电压的动态范围？
（3） 理解功放电路产生交越失真的原因是什么？怎样克服交越失真？
（4） 电路中电位器RW2如果开路或短路，对电路工作有怎样的影响？
（5） 为了不损坏输出管，调试中应注意什么问题？
（6） 若电路出现自激现象，该如何消除？

4． 实验原理
图5.10.1所示为互补对称（OTL）低频功率放大器。

图5.10.1 互补对称功率放大器
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、带负载能力强等优点，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。
当输入正弦交流信号Vi时，经T1放大、倒相后同时作用于T2、T3的基极，Vi的负半周使T3管导通（T2管截止），有电流通过负载RL，同时向电容C0充电，在Vi的正半周，T2导通（T3截止），则已充好电的电容器C0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。
（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PE＝VCC .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的内容。
（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Vi之值。

5.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5.10.1连接实验电路，将输入信号旋钮旋至零（Vi=0）电源进线中串入直流毫安表，电位器 RW2置最小值，RW1 置中间位置。接通＋5V 电源，观察万用表的毫安档指示，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RW2 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UA。
调节电位器RW1，用直流电压表测量A 点电位，使VA=0.5Vcc。
② 调整输出极静态电流及测试各级静态工作点。
调节RW2 ，使T2、T3管的IC2＝IC3＝5～10mA。 为了减小交越失真，应适当加大输出级静态电流，若该电流过大，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。如要准确得到末级静态电流，则可从总电流中减去IC1之值。
调整输出级静态电流的另一方法是动态调试法。先使RW2＝0，在输入端接入f＝1kHz的正弦信号Vi。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RW2，当交越失真刚好消失时，停止调节RW2，恢复Vi＝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，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5.10.1中。
表5.10.1

T1
T2
T3
VB(V)

VC(V)

VE(V)

IC2＝IC3＝ mA VA＝2.5V
注意：
1）在调整RW2 时，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 RW2的位置。

（2）最大输出功率Pom 和效率η的测试
① 测量Pom。
输入端接f＝1kHz 的正弦信号Vi，输出端用示波器观察输出电压V0波形。逐渐增大Vi，使输出电压达到最大不失真输出，用示波器测出负载RL上的电压V0m，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IdC（有一定误差），由此可近似求得 PE＝VCCIdc，再根据上面测得的Pom，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Po＝Pom 时的输入电压值Vi即可。
（4）频率响应的测试。
测试方法同实验二。记入表5.10.2。
表5.10.2

fL f0 fH
f(Hz)

1000

V0(V)

AV

Vi＝ 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Vi为恒定值，且输出波形不得失真。

（5）研究自举电路的作用（选做）。
① 测量有自举电路，且P0＝P0max 时的电压增益
② 将C2开路，R 短路（无自举），再测量P0＝P0max 的AV。
用示波器观察a、b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）声电压的测试。
测量时将输入端短路(Vi＝0)，观察输出噪声波形，并用示波器测量输出电压，即为噪声电压VN，本电路若VN＜15mV，即满足要求。

6.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P0m、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。