實驗8 互補對稱功率放大器

實驗八互補對稱功率放大器一、實驗目的1、理解互補對稱功率放大器的工作原理。2、加深理解電路靜態(tài)工作點的調整方法。3、學會互補對稱功率放大電路調試及主要性能指標的測試方法。二、實驗儀器1、雙蹤示波器2、萬用表3、信號發(fā)生器三、實驗之前的一些名詞解釋功率放大器甲類工作方式、乙類工作方式、甲乙類工作方式交越失真OTL電路

功率放大器的作用：用作放大電路的輸出級，以驅動執(zhí)行機構。如使揚聲器發(fā)聲、繼電器動作、儀表指針偏轉等。

功率放大器是一種向負載提供功率的放大器，簡稱功放。功率放大電壓放大信號提取執(zhí)行機構

電壓放大器的主要任務是使負載得到不失真的信號，它的主要指標是電壓放大倍數。而功率放大器主要考慮的是如何輸出最大的不失真功率，即如何高效率地把直流電能轉化為按輸入信號變化的交流電能。功率放大器不但要向負載提供大的信號電壓，而且也要向負載提供大的信號電流。因此，功率放大電路的形式、工作狀態(tài)、分析方法和所研究的技術指標都與電壓放大電路不同。功放的要求:1）輸出功率足夠大

2）效率要高

3）非線形失真要小功率放大電路的工作方式

根據晶體管靜態(tài)工作點的位置不同，放大電路可分為三種工作方式。⑴甲類工作方式：

Q點設置在負載線的中點，在輸入信號的整個周期，晶體管都在工作，輸出波形失真小，但靜態(tài)管子功耗大，效率低。⑵乙類工作方式：

Q點在負載線的最低點，由于靜態(tài)時電流為零，無功耗，效率最高。但此時放大電路只在輸入信號的正半周工作，負半周時晶體管截止，輸出波形出現嚴重的失真。⑶甲乙類工作方式：

Q點略高于乙類時，靜態(tài)電流很小，靜態(tài)消耗約為零，效率也很高。晶體的導通時間大于半個周期，此時輸出波形仍失真嚴重。晶體管的三種工作狀態(tài)：iCiCiCiC

iCuCE

uCEuCEωtωtωt甲類乙類甲乙類iC●●QQQ●上頁返回甲類工作狀態(tài)晶體管在輸入信號的整個周期都導通靜態(tài)IC較大，波形好,管耗大效率低。乙類工作狀態(tài)晶體管只在輸入信號的半個周期內導通，靜態(tài)IC=0，波形嚴重失真,管耗小效率高。甲乙類工作狀態(tài)晶體管導通的時間大于半個周期，靜態(tài)IC0，一般功放常采用。甲類方式如射極輸出器RbuoUSCuiibRE

射極輸出器的輸出電阻低，帶負載能力強，適合于做功率輸出器。交越失真功率管的ib必須在VBE大于某一數值（即門坎電壓,NPN硅管約為0.6V）時才有顯著變化。當輸入信號Vi低于這個數值時，T1和T2都截至，ic1和ic2基本為零，負載R上無電流通過，出現一段死區(qū)，如圖7-1所示。這種現象稱為交越失真。0.5VCCvit交越失真RLuiT1T2+USCCAUL+-圖7-1交越失真

電路中增加R1、D1、D2、R2支路。R1D1D2R2VCC-VCCVOviiLRLT1T2

靜態(tài)時:

T1、T2兩管發(fā)射結電位分別為二極管D1、D2的正向導通壓降，致使兩管均處于微弱導通狀態(tài)，有較小的靜態(tài)電流ICQ；

另：靜態(tài)電流在輸出端被抵消，故vi＝0，VO=0克服交越失真的措施OTL互補對稱功放電路+VCCRLviT1T2CKvo+-VC

OTL基本原理電路這種電路的輸出通過電容C和負載RL耦合而不用變壓器，因而稱為OTL電路，OTL電路是outputTransformerless(無輸出變壓器的縮寫)四、實驗原理圖7-2互補對稱功率放大器實驗電路圖7-1所示為互補對稱低頻功率放大器。其中由晶體三極管T1組成推動級（也稱前置放大級），T2、T3是一對參數對稱的NPN和PNP型晶體三極管，它們組成互補對稱功放電路。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(yōu)點，適合于作功率輸出級。T1管工作于甲類狀態(tài)，它的集電極電流IC1由電位器RW1進行調節(jié)。二極管D1、D2，給T2、T3提供偏壓，可以使T2、T3得到合適的靜態(tài)電流而工作于甲、乙類狀態(tài)，以克服交越失真。由于RW1的一端接T1、T2的輸出端，因此在電路中引入交、直流電壓并聯負反饋，一方面能夠穩(wěn)定放大器的靜態(tài)工作點，同時也改善了非線性失真。當輸入正弦交流信號Ui時，經T1放大、倒相后同時作用于T2、T3的基極，Ui的負半周使T2管導通（T3管截止），有電流通過負載RL（可用嗽叭作為負載），在Ui的正半周，T3導通（T2截止），則已充好電的電容器C3起著電源的作用，通過負載RL放電，這樣在RL上就得到完整的正弦波。C2和R5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(tài)范圍。由于信號源輸出阻抗不同，輸入信號源受功率放大電路的輸入阻抗影響而可能失真。為了得到盡可能大的輸出功率，晶體管一般工作在接近臨界參數的狀態(tài)，如ICM，U（BR）CEO和PCM，這樣工作時晶體管極易發(fā)熱，有條件的話晶體管有時還要采用散熱措施，由于三極管參數易受溫度影響，在溫度變化的情況下三極管的靜態(tài)工作點也跟隨著變化，這樣定量分析電路時所測數據存在一定的誤差，我們用動態(tài)調節(jié)方法來調節(jié)靜態(tài)工作點，受三極管對溫度的敏感性影響所測電路電流是個變化量，我們盡量在變化緩慢時讀數作為定量分析的數據來減小誤差。主要性能指標：

1、最大不失真輸出功率Pom在實驗中可通過測量RL兩端的電壓有效值，來求得實際的（7-1）2、效率η

（7-2）PE—直流電源供給的平均功率理想情況下ηmax＝78.5%。在實驗中，可測量電源供給的平均電流Idc（多測幾次I取其平均值），從而求得（7-3）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、頻率響應詳見實驗四有關部分內容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Ｕi之值。五、實驗內容1.調靜態(tài)工作點。(1)調節(jié)Rw1，使M點電壓為0.5Vcc。測量各級靜態(tài)工作點，記入表1.7.1。(2)用動態(tài)調節(jié)方法來調節(jié)靜態(tài)工作點:輸入端Vi接f=1kHz的正弦波信號，調大Vi的幅值，同時調節(jié)Rw1,用示波器觀察輸出波形，使輸出波形最大且沒有飽和和截止失真。然后恢復Vi=0，測量各級靜態(tài)工作點。2.觀察失真(1)連接J2，輸入端Vi接f=1kHz的正弦波信號，調節(jié)Vi的幅值，用示波器觀察并記錄輸出波形，此時，輸出波形有可能出現交越失真。(2)斷開J2，輸出波形無交越失真。分別觀察連接斷開J1,實驗電路輸出波形動態(tài)范圍的變化,（注意飽和和截止失真）。表7-1(Vcc=12V

VM=6V)T1T2T3VB(V)VC(V)VE(V)3.測量主要性能指標：(1)最大輸出功率Pom1、按a中的實驗步驟調節(jié)好功率放大電路的靜態(tài)工作點。2、關閉系統電源。連接信號源輸出和US。輸出端接上嗽叭即RL(接上J3)。3、打開系統電源。調節(jié)信號源輸出f=1KHz、50mV的正弦信號Ｕs，用示波器觀察輸出電壓ＵO波形。逐漸增大Ui，使輸出電壓達到最大不失真輸出，用交流毫伏表測出負載RL上的電壓Uom，則用下面公式計算出Pom。

(2)測量η當輸出電壓為最大不失真輸出時，在電路正常放大的情況下，測量電源供給的平均電流Idc（直流表筆連接VCC處兩個插孔,電源開關斷開,）讀出表中的電流值，此電流即為直流電源供給的平均電流Idc（有一定誤差），由此可近似求得PE=Ucc*Idc，再根據上面測得的Pom，即可求出?！鵌dc的測量方法：測出電路7-2中R5、R6兩端的電壓UR5、UR6，然后由下面的公式算得：

Idc=UR5/R5+UR6/R6(3)輸入靈敏