otl功率放大器实验报告

功率放大器电路图

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描述

  OTL(Outputtransformerless)电路是一种没有输出变压器的功率放大电路。过去大功率的功率放大器多采用变压器耦合方式,以解决阻抗变换问题,使电路得到最佳负载值。但是,这种电路有体积大、笨重、频率特性不好等缺点,目前已较少使用。OTL电路不再用输出变压器,而采用输出电容与负载连接的互补对称功率放大电路,使电路轻便、适于电路的集成化,只要输出电容的容量足够大,电路的频率特性也能保证,是目前常见的一种功率放大电路。它的特点是:采用互补对称电路(NPN、PNP参数一致,互补对称,均为射随组态,串联,中间两管子的射极作为输出),有输出电容,单电源供电,电路轻便可靠。两组串联的输出中点”可理解为采用互补对称电路(NPN、PNP参数一致,互补对称,均为射随组态,串联,中间两管子的射极作为输出)。

  1、设计任务与要求

  1.1设计任务

  1)学习基本理论在实践中综合运用的初步经验,掌握模拟电路设计的基本方法、设计步骤,培养综合设计与调试能力。

  2)培养实践技能,提高分析和解决实际问题的能力。

  3)掌握OTL音频功率放大器的设计方法,基本工作原理和性能指标测试方法。4.通过一个OTL功率放大器的设计、安装和调试,进一步加深对互补对称功率放大电路的理解,增强实际动手能力。

  1.2设计要求

  1)设计时要综合考虑实用,经济并满足性能指标的要求,合理选用元器件。2.广泛查阅相关的资料,不懂的地方积极向老师同学请教,讨论。认真独立的完成课题的设计。

  3)按时完成课程设计并提交设计报告。

  2、方案设计

  要求设计一个由二极管,三极管,电容,电阻等元件组合而成的OTL音频功率放大器。其中,二极管T1构成前置放大级,对输入信号进行倒相放大,二极管T2,T3的参数一致,互补对称,且均为共集电极接法,保证了输出电阻低,负载能力强的优点,作用是对输入的信号进行功率放大。

  在明确了电路接线的基础上,在电路板上进行仿真模拟,并按照课本上相关的知识对该功放的主要参数计算。电路在12V的直流电压下工作,在负载为8Ω的情况下保证了P≥2W,失真度γ≤3%,电路中还引入了交直流电压并联负反馈(由原理图中Rw1的一端接在A点引起)从而稳定了放大器的静态工作点,也改善了非线性失真。电容C1C2为电源滤波电容,用以防止电源引线太长时造成的放大器的低频自激现象发生。

  在元件的选取方面,由于互补对称的两个三极管工作在共集电极的状态下,其电压增益接近且略小于1,功率增益主要靠它的电流增益来保证,所以电流放大系数β的选择很重要,一般要求要选的β值大一些,这样会使的两互补对称管的配对性好一些,功率增益提高一些,失真度减少一些。

  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,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的电位等于Ucc的一半,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C0充电,在ui的正半周,T3导通(T2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。

  3、OTL放大器的总原理图

功率放大器

  OTL音频放大器

功率放大器

  器件清单

功率放大器

  其他实验及测试设备:

  +12V直流电源直流电压表直流毫安表函数信号发生器

  双踪示波器交流毫伏表频率计

  4、电路仿真与测试

功率放大器
功率放大器

  5、性能测试与分析

  5.1波形测试

  1)测试直流稳压电源示波器波形

  观察示波器的波形可知到该电源是否在工作范围内。

  2)测试OTL音频功率放大器的输出波形

  按总原理图接好电路,在交流信号输入端用信号发生器接入1KHz10mV的电压源,用示波器观察RL两端的波形,并和输入的波形进行对比,观察波形有没有失真,输入信号是否确实被不失真放大了。

  5.2主要参数的测试与计算

  1)测量Pom

  输入端接f=1KHz的正弦信号ui,输出端用示波器观察输出电压u0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上的电压有效值U0,即可求出Pom=u0·u0/RL

  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=UCCIdc,再根据上面测得的P0m,即可求出。η=Pom/PI3.输入灵敏度测试

  输入灵敏度是指输出最大不失真功率时,输入信号Ui之值。根据输入灵敏度的定义,只要测出输出功率P0=P0m时的输入电压值Ui即可。

  6)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,即为噪声电压UN,本电路若UN<15mV,即满足要求。

  7)试听

  输入信号改为录音机输出,输出端接试听音箱及示波器。开机试听,并观察语言和音乐信号的输出波形。

  6、总结与体会

  通过这次对OTL音频功率放大器的设计与制作,让我了解了设计电路的程序,也让我了解了关于OTL音频功率放大器的原理与设计理念,要设计一个电路总要先用仿真成功之后才实际接线的。但是最后的成品却不一定与仿真时完全一样,因为在实际接线中有着各种各样的条件制约。但也有些电路在仿真中无法成功,而在实际中因为芯片本身的特性而成功的。所以,在设计时应考虑两者的差异,从中找出最适合的设计方法。在为期一周的课程设计中我深深的感觉到自己专业知识的匮乏,对一些工作感到无从下手,茫然不知所措,这时才真正领悟到学无止境的含义,千里之行,始于足下。这次学习,让我对各种电路都有了大概的了解,所以说,坐而言不如立而行,对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。这次课程设计终于顺利完成了,虽然在设计中遇到了很多问题,但是都被我们一一克服。

  同时,这次课程设计中让我深有体会的是,我明白了理论知识和实践不能混为一谈,要想具备纯熟的动手技能,理论知识是必不可少的,反过来,具备了理论知识并不等价于你就能顺理成章,独立的完成一次课题设计。所以说,平时对专业理论知识不可以死记硬背,要学以致用,在牢固的理论知识的基础上,提高自己实践动手分析问题,解决问题的能力。

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