低頻功率放大器分析與測(cè)試

寧波工程學(xué)院 余輝晴

輸出功率和效率是功率放大器的重要指標(biāo)，可通過公式進(jìn)行計(jì)算得到，也可通過計(jì)算機(jī)仿真軟件Multisim進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證，其操作簡(jiǎn)單，使用方便，本文以O(shè)TL低頻功率放大電路為例進(jìn)行分析和測(cè)試。

低頻功率放大器是一種能量轉(zhuǎn)換電路，在輸入信號(hào)的作用下，電路把直流電源的能量，轉(zhuǎn)換成隨輸入信號(hào)變化的輸出功率送給負(fù)載。功率放大級(jí)主要任務(wù)是在允許的失真范圍內(nèi),盡可能高效率地向負(fù)載提供足夠大的功率，要求是輸出功率要大、效率要高。

1 低頻功率放大器分析

1.1 低頻功率放大電路組成及工作原理

圖1 OTL低頻功率放大電路

如圖所示為OTL低頻功率放大器。晶體管Q1為前置放大級(jí)，Q2、Q3組成互補(bǔ)推挽OTL功放電路。由于每一個(gè)管子都接成射極輸出器形式，因此具有輸出電阻低，負(fù)載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，適合于作功率輸出級(jí)。Q1管工作于甲類狀態(tài)，它的集電極電流IC1由電位器進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時(shí)給Q2、Q3提供偏壓。調(diào)節(jié)RW2可以使Q2、Q3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。靜態(tài)時(shí)要求輸出端中點(diǎn)A的電位，在實(shí)驗(yàn)中可通過測(cè)量RL兩端的電壓有效值URL，來求得實(shí)際的，可以通過調(diào)節(jié)RW1來實(shí)現(xiàn)。

當(dāng)輸入正弦交流信號(hào)Ui時(shí)，經(jīng)Q1放大、倒相后的交流信號(hào)同時(shí)作用于Q2、Q3的基極。 Ui為負(fù)半周時(shí)，Q2導(dǎo)通，使電流通過電容器C4、負(fù)載RL經(jīng)地構(gòu)成充電回路，使負(fù)載RL得到一個(gè)負(fù)半周的信號(hào)；Ui處于正半周時(shí)，Q3導(dǎo)通，已充滿電的電容器C4通過負(fù)載RL構(gòu)成對(duì)地放電回路，使得負(fù)載RL又得到一個(gè)正半周信號(hào)，由于信號(hào)源周而復(fù)始的作用，在RL上就能得到完整的正弦波。

1.2 低頻功率放大電路的主要性能指標(biāo)

1.2.1 最大不失真輸出功率Pom理想情況下

2 低頻功率放大器測(cè)試

2.1 靜態(tài)工作點(diǎn)的測(cè)試

創(chuàng)建如圖所示電路，啟動(dòng)仿真開關(guān)。

2.1.1 確定輸出端中點(diǎn)電位UA

先將輸入端接地，暫時(shí)短接“a”與“b”，開啟電源開關(guān)，調(diào)節(jié)RW1，用萬用表跟蹤測(cè)量‘‘A’’點(diǎn)電位，使

2.1.2 調(diào)整輸出級(jí)靜態(tài)電流I0及測(cè)試各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)

斷開“a”與“b”間的短接線，再將電流表串聯(lián)在電源進(jìn)線中，調(diào)整RW2，令此時(shí)測(cè)得的應(yīng)是整個(gè)放大器的總電流。由于一般情況下Q1的集電極電流IC1較小，從而可以把測(cè)得的總電流近似當(dāng)作末級(jí)的靜態(tài)電流。

調(diào)整輸出級(jí)靜態(tài)電流的另一方法是動(dòng)態(tài)調(diào)試法：先短接RW2，在輸入端端接入 f =1kHz的正弦信號(hào)，并逐漸加大該信號(hào)的幅值，此時(shí)，在輸出端應(yīng)能監(jiān)測(cè)到波形出現(xiàn)有較嚴(yán)重的交越失真，然后逐漸增RW2，使在輸出端監(jiān)測(cè)到的波形不再出現(xiàn)交越失真時(shí)止，此時(shí)輸出級(jí)靜態(tài)電流數(shù)值應(yīng)在5mA到10mA左右，當(dāng)靜態(tài)電流調(diào)好、無交越失真現(xiàn)象出現(xiàn)后，測(cè)量各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)。

2.2 最大輸出功率Pom和效率η的測(cè)試

2.2.1 Pom的測(cè)量

在輸入端接入f =1kHz、50mv的正弦信號(hào)Ui，將RL接入輸出端，用示波器監(jiān)測(cè)輸出電壓U0的波形，逐漸增大Ui的幅度，使輸出電壓達(dá)到最大不失真輸出狀態(tài)時(shí)，用電壓表測(cè)出負(fù)載RL上的電壓URL；用公式即可計(jì)算出最大輸出功率。

2.2.2 η的測(cè)量

當(dāng)輸出電壓為最大（不失真）輸出時(shí)，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Idc（有一定誤差），由此可近似求得再根據(jù)上面測(cè)得的Pom，即可求出

通過上述分析可以看出，通過Multisim仿真軟件不僅可以方便地對(duì)功放電路的主要性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，而且也非常直觀。