互補對稱功率放大器實驗--模擬電路實驗箱

一、實驗目的
1、進一步理解互補對稱（OTL）功率放大器的工作原理
2、學會互補對稱（OTL）電路的調試及主要性能指標的測試方法
二、實驗原理
圖22-1所示為互補對稱（OTL）低頻功率放大器。

圖22-1互補對稱功率放大器

其中由晶體三極管V₁組成推動級（也稱前置放大級），V₂、V₃是一對參數對稱的NPN和PNP型晶體三極管，它們組成互補推挽OTL功放電路。由于每一個管子都接成射極輸出器形式，因此具有輸出電阻低，負載能力強等優點，適合于作功率輸出級。T₁管工作于甲類狀態，它的集電極電流I_C1由電位器R_W1進行調節。I_C1 的一部分流經電位器R_W2及二極管D，給T₂、T₃提供偏壓。調節R_W2，可以使T₂、T₃得到合適的靜態電流而工作于甲、乙類狀態，以克服交越失真。靜態時要求輸出端中點A的電位，可以通過調節R_W1來實現，又由于R_W1的一端接在M點，因此在電路中引入交、直流電壓并聯負反饋，一方面能夠穩定放大器的靜態工作點，同時也改善了非線性失真。
當輸入正弦交流信號u_i時，經T₁放大、倒相后同時作用于T₂、T₃的基極，u_i的負半周使T₂管導通（T₃管截止），有電流通過負載R_L，同時向電容C₀充電，在u_i的正半周，T₃導通（T₂截止），則已充好電的電容器C₀起著電源的作用，通過負載R_L放電，這樣在R_L上就得到完整的正弦波。
C₂和R 構成自舉電路，用于提高輸出電壓正半周的幅度，以得到大的動態范圍。
OTL 電路的主要性能指標
1、最大不失真輸出功率P_om
理想情況下，，在實驗中可通過測量R_L 兩端的電壓有效值，來求得實際的。
2、效率η
，P_E  —直流電源供給的平均功率
理想情況下，η_max ＝ 78.5％ 。在實驗中，可測量電源供給的平均電流I_dC ，從而求得P_E＝U_CC·I_dC，負載上的交流功率已用上述方法求出，因而也就可以計算實際效率了。
3、頻率響應
詳見實驗二有關部分內容
4、 輸入靈敏度
輸入靈敏度是指輸出最大不失真功率時，輸入信號U_i之值。
三、實驗設備與器件
1、 ＋5V直流電源         5、 直流電壓表
2、 函數信號發生器      6、 直流毫安表
3、 雙蹤示波器             7、 頻率計
4、 交流毫伏表
8、 晶體三極管 3DG6 (9011)  3DG12 (9013)
3CG12 (9012) 晶體二極管 IN4007
8Ω揚聲器、電阻、電容若干
9、分立功放電路模塊
四、預習要求
1、復習有關OTL 工作原理部分內容。
2、為什么引入自舉電路能夠擴大輸出電壓的動態范圍？
3、交越失真產生的原因是什么？怎樣克服交越失真？
4、電路中電位器R_W2如果開路或短路，對電路工作有何影響？
5、為了不損壞輸出管，調試中應注意什么問題？
6、如電路有自激現象，應如何消除？
五、實驗內容
在整個測試過程中，電路不應有自激現象。
1、靜態工作點的測試
按圖22-1連接實驗電路，將輸入信號旋鈕旋至零（u_i=0）電源進線中串入直流毫安表，電位器 R_W2置最小值，R_W1 置中間位置。接通＋5V 電源，觀察毫安表指示，同時用手觸摸輸出級管子，若電流過大，或管子溫升顯著，應立即斷開電源檢查原因（如R_W2 開路，電路自激，或輸出管性能不好等）。如無異?，F象，可開始調試。
1)調節輸出端中點電位U_A
調節電位器R_W1 ，用直流電壓表測量A 點電位，使。
2)調整輸出極靜態電流及測試各級靜態工作點
調節R_W2 ，使T₂、T₃管的I_C2＝I_C3＝5～10mA。 從減小交越失真角度而言，應適當加大輸出級靜態電流，但該電流過大，會使效率降低，所以一般以5～10mA左右為宜。由于毫安表是串接在電源進線中， 因此測得的是整個放大器的電流，但一般T₁的集電極電流I_C1較小，從而可以把測得的總電流近似當作末級的靜態電流。如要準確得到末級靜態電流，則可從總電流中減去I_C1之值。
調整輸出級靜態電流的另一方法是動態調試法。先使R_W2＝0，在輸入端接入f＝1KHz的正弦信號u_i。逐漸加大輸入信號的幅值，此時，輸出波形應出現較嚴重的交越失真（注意：沒有飽和和截止失真），然后緩慢增大R_W2，當交越失真剛好消失時，停止調節R_W2，恢復u_i＝0，此時直流毫安表讀數即為輸出級靜態電流。一般數值也應在5～10mA左右，如過大，則要檢查電路。
輸出極電流調好以后，測量各級靜態工作點，記入表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 在調整R_W2 時，一是要注意旋轉方向，不要調得過大，更不能開路，以免損壞輸出管
② 輸出管靜態電流調好，如無特殊情況，不得隨意旋動 R_W2的位置。
2、最大輸出功率P_0m和效率η的測試
1)測量P_om
輸入端接f＝1KHz 的正弦信號u_i，輸出端用示波器觀察輸出電壓u₀波形。逐漸增大u_i，使輸出電壓達到最大不失真輸出，用交流毫伏表測出負載R_L上的電壓U_0m ，則。
2)測量η
當輸出電壓為最大不失真輸出時，讀出直流毫安表中的電流值，此電流即為直流電源供給的平均電流I_dC（有一定誤差），由此可近似求得 P_E＝U_CCI_dc，再根據上面測得的P_0m，即可求出。
3、輸入靈敏度測試
根據輸入靈敏度的定義，只要測出輸出功率P₀＝P_0m 時的輸入電壓值U_i即可。
4、頻率響應的測試
測試方法同實驗二。記入表22-2。
表22-2        U_i＝   mV     

	fL             f0              fH
f(Hz)						1000
U0(V)
AV

在測試時，為保證電路的安全，應在較低電壓下進行，通常取輸入信號為輸入靈敏度的50％。在整個測試過程中，應保持U_i為恒定值，且輸出波形不得失真。
5、研究自舉電路的作用
1)測量有自舉電路，且P₀＝P_0max 時的電壓增益 
2)將C₂開路，R 短路（無自舉），再測量P₀＝P_0max 的A_V。
用示波器觀察1)、2)兩種情況下的輸出電壓波形，并將以上兩項測量結果進行比較，分析研究自舉電路的作用。
6、噪聲電壓的測試
測量時將輸入端短路(u_i＝0)，觀察輸出噪聲波形，并用交流毫伏表測量輸出電壓，即為噪聲電壓U_N，本電路若U_N＜15mV，即滿足要求。
7、試聽
輸入信號改為錄音機輸出，輸出端接試聽音箱及示波器。開機試聽，并觀察語言和音樂信號的輸出波形。
六、實驗總結
1、整理實驗數據，計算靜態工作點、最大不失真輸出功率P_0m、效率η等，并與理論值進行比較。畫頻率響應曲線。
2、分析自舉電路的作用。
3、討論實驗中發生的問題及解決辦法。