进阶10：OCL音频功率放大器

目标

1.了解OCL音频功率放大器的特点

2.掌握OCL音频功率放大器的静态调整，以及输出功率、效率的测量

3.观察功率放大器的输出波形，了解工作点对输出波形的影响

仪器仪表

仿真工具

Circuit JS

理论

实验电路如图1所示，这是一个带自举电路的OCL音频功率放大电路。图中集成运放构成互补输出级的前置放大级，为使电路输入电阻大、输出电压稳定，电路中通过电阻20kΩ引入了电压串联负反馈。在深度负反馈下，电路的电压增益为：

A_{v} = 1 + \frac{20}{1} = 21

图1：实验电路

图中的二极管和510Ω电阻用于克服输出级的交越失真，调整该电阻可使输出级处于甲乙类工作状态；晶体管构成准互补输出级，实现了以较小的基极电流控制大的输出电流。另外，图中100μF电容称为自举电容，和470Ω电阻共同组成自举电路。

在理想情况下，输出功率、直流电源提供的功率和效率分别为：

P_{\mathrm{om}}\approx\frac{1}{2}\frac{V_{\mathrm{CC}}^{2}}{R_{\mathrm{L}}}

P_{\mathrm{V}}\approx\frac{2V_{\mathrm{CC}}^{2}}{\pi R_{\mathrm{L}}}=\frac{4}{\pi}P_{\mathrm{om}}

\eta=\frac{P_{\mathrm{om}}}{P_{\mathrm{V}}}=\frac{\pi}{4}=78.5\%

如果考虑到管压降等因素，实际上，晶体管一般都没有工作在“满功率”状态，所以，输出功率和效率都将减小，最高效率大约在60％左右。

Circuit JS仿真

静态：

图2：静态参考电路

动态：

图3：动态参考电路

实验

1.按照图1，在面包板上插接OCL音频功率放大器，并对电路进行检测。

图4：实物电路

2.输出负载扬声器用8.2Ω，2W假负载电阻替代。

3.调整直流工作状态

(1)先将150Ω电阻（200Ω可调电阻）调至最小，接通供电电压±12V，监测互补电路上输出管的集电极电流，此时该电流应该很小。然后，调整可调电阻，使该集电极电流在3mA左右。此时假负载的端电压应该为零。

(2)观察波形

调节信号源为频率1kHz的正弦波，用示波器观察输出端的波形，调节输入信号的幅度，使输出端的波形幅度最大且无明显失真，此时为“满功率”状态。

(3)测量输出功率

在输出波形不失真的前提下，用示波器测假负载RL两端电压

VRL=________(V)

则输出功率　 PO=(VRL) $^2$ /RL=_________(W)

同时，用万用表直流档测出此时输出三极管集电极平均电流，算出直流功耗和效率。

(4)测半功率带宽

以1kHz为中频，改变频率，测出半功率点的fL和fH，画出功率频率特性曲线。

(5)观察自举现象

将自举电容拿掉，用示波器观察输出端的波形，适当调节输入信号的幅度，使输出端的波形幅度最大且无明显失真，用示波器测RL两端电压

VRL=__________ (V )

则输出功率　

PO=(VRL) $^2$ /RL=_________(W)

并与(3)的结果比较。

练习

现输入信号为峰值20mV，频率1kHz的正弦波，设计一个前置放大器，使图1功率放大器能够满功率输出，要求电路的输入电阻为100kΩ。

图5：前置放大器仿真电路