实验9：优化低频功率放大器-OTL功率放大器

一、实验目的

① 掌握OTL功率放大器的工作原理。

② 掌握OTL电路的调试方法及主要性能指标的测试方法。

图1.9.1 OTL功率放大器实验电路

二、实验原理

图1.9.1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功率放大电路。由于每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，适合作为功率输出级。T1管工作于甲类状态，它的集电极电流IC1由电位器RP1进行调节。IC1的一部分流经电位器RP2及二极管D，给T2，T3提供偏压。调节RP2，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RP1来实现，又由于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，既能够稳定放大器的静态工作点，又能够改变非线性失真。

当输入正弦交流信号ui时，经T1放大，倒相后同时作用于T2，T3的基极，ui的负半周使T2管导通（T3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，T3导通（T2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包括：

（1）最大不失真输出功率Pomax

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

式中 PE—— 直流电源供给的平均效率。

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=UCCIdc。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。

三、实验设备与器件

+5 V直流电源；直流电压表；函数信号发生器；直流毫安表；双踪示波器；频率计；交流毫伏表；晶体三极管 3DG6×1（9011×1），3DG12×1（9013×1），3CG12×1（9012×1），晶体二极管IN4007×1，8 Ω喇叭×1，电阻、电容若干。

四、实验内容

1. 静态工作点的测试

按图1.9.1连接实验电路，电位器RP2置于最小值位置，RP1置于中间位置。接通+5 V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RP2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RP1，用直流电压表测量A点电位，使。

② 调输出级静态电流及测试各级静态工作点：调节RP2，使T2，T3管的IC2= IC3=5～10 mA。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5～10 mA为宜。由于毫安表是串联在电源进线中，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，则可以从总电流中减去IC1的值。

调整输出级静态电流的另一方法是动态调试法。先使RP2=0，在输入端接入f=1 kHz的正弦信号 ui。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，没有饱和截止失真），然后缓慢增大RP2，当交越失真刚好消失时，停止调节RP2，恢复ui=0，此时直流毫安表读数即为输出级静态电流。其一般数值也应为5～10 mA，如过大，则要检查电路。

输出级电流调好后，测量各级静态工作点，记录入表1.9.1中。

表1.9.1 静态工作点测试值

注意事项：

① 在调整RP2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后，如无特殊情况，不得随意调整RP2的位置。(www.xing528.com)

2. 最大输出功率Pomax和效率η的测试

① 测量Pomax：输入端接f=1 kHz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Uomax，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=UCC Idc

再根据上面测得的Pomax，即可求出

3. 幅频特性的测试

在输入端加f=1 kHz的正弦信号，调节输入信号ui，使输出获得最大而不失真输出，然后在输入信号幅值维持不变的情况下，按表1.9.2要求改变输入信号频率，逐点测试输出信号电压值，记入表1.9.2中。

根据被测数值绘出幅频特性曲线，并由图形uo/ui≈0.7处求取下限和上限截止频率f L和f H。

表1.9.2 幅频特性测试值（ui= mV）

4. 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），再测量Po=Pomax的Au。

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。

5. 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，即噪声电压UN。本电路若UN＜15 mV，即满足要求。

五、预习要求

① 复习OTL的电路结构特点和工作原理。

② 如何调试工作点？在调试过程中对RP2的调节有什么要求？为什么RP1和RP2要反复调节？试从原理上分析。

六、思考题

① 产生交越失真的原因是什么？怎样克服交越失真？

② 电路中电位器RP2如果开路或短路，对电路工作有何影响？

七、实验报告要求

① 列表整理各项实验数据。

② 根据实验数据计算Po，η，f L和f H值。

③ 对实验结果进行讨论与比较。

④ 讨论实验中发生的问题及解决办法。