模拟电路OTL低频功率放大电路的设计

模拟电子技术实验报告

课程名称：　　模拟电子技术实验

实验名称：OTL低频功率放大电路的设计、制作与测试

一、实验内容

1、分析OTL低频功率放大电路工作原理和偏置状态；

2、搭建并实作实验用OTL低频功率放大电路；

3、测量实作OTL低频功率放大电路的性能指标。

二、实验设备

1、Multisim14.0虚拟仿真工具；

2、电烙铁等常用手工焊装工具；

3、数字万用表；

4、信号发生器；

5、双通道示波器；

6、直流稳压电源；

7、晶体管、电阻、电容、导线等电子元器件若干。

三、实验原理

本实验的电路为OTL低频功率放大电路，电路的原理图如下。要求输入为正弦波小信号，输出信号能够推动阻抗为8欧姆的小喇叭负载。

本OTL低频功率放大电路为两级结构，采用直接耦合方式，由直流电源VCC供电。第一级放大电路是一个共射极放大电路，主要由C1，CD，VCC，Q1，Rp1，Rb1、Rb2和Re元件构成，主要目的是作为电路的输入端，实现输入信号放大功能。其中，C1用来过滤直流信号，VCC用来为电路提高能量，Rp1用来调节静态参数点和调节Q1的集电极电流；

第二级放大电路是一个互补推挽电路，主要由互补管Q2、Q3，D1，Rp1、Rp2等元件构成，电路的特点是利用分压元件Rp2和D1为互补管提供门坎电压，互补管交替工作，主要目的是实现输入信号的功率放大功能。其中，Rp2用来调节静态参数点以及和D1同时为互补管提供门坎电压;

此外，电路还设计了D2(发光二极管)用来提示电路是否正常通电，R9用来保护负载电力(仅调试使用)，R8用来保护发光二极管；

电路工作时，输入信号Vi=mVp，1kHZ，sine波形，经共射极放大电路，获得输入信号电压放大；然后以相位相差90°的电压输给Q2、Q3，它俩在正负半周交替工作，最后输出给负载工作的同时为电容C2充电。

实验电路实测指标：

1、静态参数点；

2、动态：

四、实验步骤及测试结果记录

(一)、实验步骤

本实验先用计算机仿真实验的方法分析电路相关参数和工作状态，然后手工焊装方法在PCB上实做出电路，最后用仪器仪表对实物进行性能参数测量。

1、用Multisim虚拟仿真工具对实验电路进行仿真分析，仿真电路如下：

经过仿真实验，电路的静态工作点，如下表所示：

输入mVp,1kHZ的正弦信号进行动态测试(以及逐渐增大输入电压，在输出电压将要失真时记录最大输出电压)，主要性能指标，如下表所示：

2、按实验电路原理图，在PCB上完成实验电路元器件布局和焊装，制作的电路实物如下：

3、对实作电路进行性能指标测量。

(1)、静态调试

方法是：

a、不接任何电源，不接入负载；调节Rp2，使其阻值为0（使用万用表2k欧姆档检测）；

b、加电源VCC=15v，调整RP1，使M点电位VM=7.5v；

c、输入端接入mVp，1kHZ，sine波形的输入信号；

d、输出端接示波器（选用ch2通道）；

e、缓慢调节RP2，逐渐减缓输出信号的交越失真，直至消失；

f、撤离输入信号，测量M点电位，并调整RP1，使VM=7.5v；

g、使用万用表直流20v挡位逐一测量各个三极管静态参数。

结果是：如下表格：

(2)、动态调试

A、交流电压增益AV：

从电路输入端输入频率为0=1、幅度为Vi=的正弦信号，在输出端用示波器测量负载上的输出信号。测量的结果为：

输入输出波形如下：

B、最大不失真输出电压VOM：

在A步基础上，逐步增大输入信号的幅度，直至负载上的输出信号刚好出现失真，用示波器测量

此时的输出信号。测量的结果为：

最大输入输出电压波形图如此所示：

C、最大不失真输出功率：

以B步的测量结果，用公式计算得到。结果如下：

D、效率：

在B步的基础上，拔下短路帽，接入mA电流挡位万用表，测量电源输出的电流，并计算平均电流IDC，用公式计算出电源的平均输出功率POE。然后用公式计算出实验电路的效率。测量结果为：

所以，实验电路的效率为：Pom/Poe=13.9%

E、带宽：调整Vi大小使得输出电压为2.VPP，使得半功率点输出电压为2VPP，此时分别增大和减小输入信号的频率，分别记录输出信号为2VPP时的fL和fH，测得带宽从37HZ到4.3MHZ。

幅频特性曲线如下所示：

五、实验结果分析

1、静态参数经过对比仿真与实测结果，所制作电路的静态工作点基本符合仿真结果或计算结果。

静态参数各个点电位实验所测数据与仿真数据几乎一样，相对误差很小很小。

2、主要性能指标经过对比仿真与实测结果，所制作电路的主要性能基本符合仿真结果或计算结果。

动态参数实验测量值基本规律和仿真结果基本一致，但误差相对静态参数误差来说比较大；特别是幅频特性曲线带宽的测量，实测fH与仿真结果相差了近2MHZ。

六、实验小结

整个实验过程（包括仿真、实作、测试）中，遇到了下面的一些问题：

1、仿真时一开始不熟悉Multisim虚拟仿真工具的使用，没使用形如电压探针之类的“元件”，使得仿真电路凌乱甚至存在错误；期间通过上网查到部分操作指南，最终在老师讲解之后才对Multisim虚拟仿真工具有关本实验操作有了一个整体把握。

2、焊接电路板时，由于电路有点复杂，然后连接错误了几次，且不熟悉焊接的逆向工作，所以拆解元件时就比较困难；最终借助尖嘴钳以及寻求同学帮助完成了电路的更正。

3、电路性能实测时，部分同学由于操作不当，多次产生爆管现象，使得我不敢进行实验；最终严格根据实验原理，规范实验操作进行实验，也逐渐放开操作，顺利地完成了实验。

4、通过实验我懂得的学以致用的重要性和困难性，学习理论知识固然重要，但需要实际操作加以验证；但进行实际操作的前提又是需要有牢靠的理论基础作为支撑。

七、思考题分析及解答

1、电路属于何种类型的功放？甲类、乙类、甲乙类功放电路的工作波形各是什么样的特点？据此，你认为共射放大电路工作于何种状态？（定性讨论）

答:实验设计电路属于甲乙类功放电路，三类电路工作波形特点如下表所示：

2、就你看来，OTL电路与OCL电路在电路组成上有何异同？（定性讨论）

答：a、电路结构：

同：均利用三极管的偏置；

异：OTL是无变压器输出电路，就是输出端是用较大电容耦合的，采用正单电源供电。

OCL是无电容输出电路，输出用变压器进行阻抗匹配，采用正负双电源供电。

b、优缺点分析：

OTL电路采取互补对称电路(PNP，NPN三极管互为互补管)以及单电源供电，电路轻便简单，但需要容量较大的电容充放电，以充当双电源的工作，对低频信号的接受效果差；

OCL电路由于省去了输出电容，使得频率响应效果更好，使用双电源供电，输出功率大，但也增加了电路复杂性，也提高了制作成本。

3、若欲提高实验电路的输出效率，你觉得可以采取哪些措施？（定性讨论）

答：a、从公式：可知，理论上可以适当减低负载的阻值以提高输出效率；

b、其次从电路能耗出发，选用压降较小的晶体管(例如锗管)，减小电路管耗，从而也能提高电路工作效率；

c、根据公式：，可以适当提高电源电压来提高输出功率，从而提高电路输出效率。

4、实验电路中，你清楚电容C2起什么作用？电容C3起什么作用？电容Cd和电阻Rd起什么作用？电路的增益还可以提高吗？如何提高？（定性讨论）

答：电容C2选用容量较大的电容，利用其充放电功能，实现充当电源的作用；

电容C3在通交流信号时使VCC接地，

电容Cd处于电源与共射极放大电路之间，利用其充放电功能，间接的为射极放大电路提供能量；

电阻Rd用于分压调节流经发光二极管的电流，起保护电路的作用。

5、实验电路的射随器使用了射极电阻，目的是想“抑制”热击穿。若想要从根本上解决“热击穿”现象，你能想到哪些措施？（定性讨论）

答：热击穿是指：击穿电压随温度和电压作用时间的延长而迅速下降，随着电路工作在某一时刻电压大于击穿电压时就会产生热击穿；要想从根本上解决热击穿，就其定义而言，固然应该选择高温电学性能较好或是能够保持稳定的元件，例如：电瓷材料耐热性能较好，可以选用其制成的元件作为电路元件，从而尽可能的抑制热击穿。

6、实验过程遇到的其它问题，以及你对问题的思考和采取解决办法。（定性讨论）

答：对于电容C3，有同学说电路连通交流信号时，就短路了电源VCC了，为什么不会损坏电路呢？

而我认为即使没有电容C3，当电路导通交流信号时，等效出交流通路时VCC阻值很小也相当于接地了。

▲（END）

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