实验13  互补对称功率放大器

一、实验目的

1. 学习安装和调试互补功率放大器的方法。

2. 进一步熟悉测量功率放大器的最大输出功率、效率及失真度等参数的方法。

3. 了解自举电路的原理以及对改善互补功率放大器性能所起的作用。

4. 了解该实验电路对声音信号的放大作用。

二、实验原理

1. 基本电路及工作原理

基本的互补对称功率放大电路如图 1.13.1 所示。当有一个正弦信号Ｖi 输入时，在信号的负半周，信号经 T1 管反向放大后加到  T2 管和  T3 管的基极，使  T2 管导通、T3 管截止。电源Ｖcc 通过  T2 管和Ｒ L 给电容Ｃ3 充电，从而在负载电阻 ＲL 上形成输出电压波形Ｖo 的正半周。

在输入信号Ｖi 的正半周， Ｖi 经 T1 管反向放大后，使 T3 管导通、T2 管截止。电容Ｃ3 通过  T3 和ＲL 放电，在负载电阻ＲL 上形成输出电压波形Ｖo 的负半周。当输入电压连续变化时，T2、T3 交替工作，在负载上得到完整的正弦波。

                          

2. 自举电路的引入

图 1.13.1 所示电路在理想情况下 B点的直流电位为Ｖcc / 2 。实际上，电路的输出达不到这个值。这是因为，当  T2 导通时，随着Ｖi 的变化，B 点电位逐渐向Ｖcc 接近，T2 的基极电流也要增加。但是，由于Ｒc  上的压降和Ｖbe2 的存在，当  B 点电位向Ｖcc 接近时，T2 管的基极电流不能增加很多，因此就限制了 T2 管流向负载的电流，无法使负载两端的电压达到Ｖcc / 2 的幅度，而只能达到Ｖom =Ｖcc / 2－Ｒc iR－Ｖbe2 。因此，实际的互补功率放大电路需要引入所谓“自举”电路，以扩大输出电压的幅度。实际的实验电路如图 1.13.2 所示。

图中，Ｃ5、Ｒ5为自举电路。静态时，B点电位 ＶB= Ｖcc / 2，D点电位ＶD  = ＶCC－iRＲ5 ，电容 C5 两端电压ＶC5=ＶD－ＶB=ＶCC / 2－iＲＲ5≈ＶCC  / 2 。 这样，当 T2 管导通时，ＶB 由

ＶCC / 2 向正的方向变化时， ＶD 随之自动增加，从而能给管 T2  提供足够的基极电流，使输出电压的幅度增加。同时，由于 T1管的直流偏置电阻ＲW 与  B 点相连，由此引入的直流负反馈稳定了晶体管 T1 的工作点。

                                    

3. 几项主要指标及其测量方法

(1) 最大输出功率 Ｐom

在理想情况下，互补对称功率放大器的最大输出功率为

                              

测量方法：给放大器输入频率 1kHz 的正弦信号，用示波器观察输出电压波形并用毫伏表测量输出电压的有效值。逐渐增大输入电压幅值，用示波器观察输出波形。直至输出波形达到临界削波时，读出此时毫伏表的读数ＶO ，即为该电路最大不失真输出电压的有效值。根据式（1.13.1）可求出最大输出功率ＰOM 。

(2) 电源供给的功率ＰV

互补对称功率放大器电源供给的功率ＰV 为：

                              

测量方法：在测量最大不失真输出电压ＶO 的同时， 在电源回路即 图 1.13.2 中打“×”处串入电流表，读出此时的电流值就是电源输出的平均电流 Ｉ 。根据式 (1.13.2）可计算出电源供给的功率 ＰV 。

(3) 效率η

互补对称功率放大器的效率 η 为：

                                    

根据上面已求出的 Ｐom 和ＰV 值，可计算出放大器最大不失真输出时的效率。

(4) 晶体管的管耗ＰC

互补对称功率放大器的管耗ＰC 为：

                                                      

根据上面已求出的ＰV 和 Ｐom 值，可求出功放管的管耗ＰC 。

三、实验内容及步骤

1. 对照图 1.13.2 检查实验电路板。电路无误后，接通电源。

2. 调整静态工作点，在静态情况下，调节电位器ＲW ，使  B 点的电位ＶB = ＶCC / 2。

3. 测量有关参数。

根据“实验原理”中关于最大输出功率Ｐom 和电源供给功率ＰV 的测量方法，测量出实验电路在最大不失真输出时的输出电压ＶO、电源平均电流 Ｉ 、电源电压ＶCC 。并分别根据公式 (1.13-1)、(1.13-2)、(1.13-3)、(1.13-4) 求出该实验电路的最大输出功率Ｐom、电源供给的功率 ＰV、效率η、晶体管的管耗ＰC 。

4. 观察自举电路的作用

将电容 Ｃ5 从 D 点断开，这时电路没有自举作用。重复上面第 3 步的内容，测量无自举功能的互补对称功率放大器的最大不失真输出电压Ｖ0m 计算最大不失真输出功率Ｐ'0m，与有自举功能的实验电路相比较，从而理解自举电路的作用。

5. 检验对声音信号的放大作用

将电容 Ｃ５ 接入电路，电路恢复正常。将８Ω的负载电阻ＲL 换成阻抗为８Ω的扬声器。用收录机代替信号发生器。从收录机的前置放大级输出一个音频信号，加到功率放大电路的输入端。利用收录机播放电台或磁带上的节目信号，试听从放大器的扬声器中播放出来的信号。

四、实验仪器与设备

1．双踪示波器                 1台

2．低频信号发生器         1台

3．晶体管毫伏表                1台

4．直流稳压电源                1台

5．万用表                         1块

6．收录机                         1台

五、实验报告要求

1．整理实验数据，计算有关参数。

2．比较有自举功能和无自举功能时电路的最大输出电压，简述你对自举电路功能的理解。