实验14  低频集成功率放大器

一、实验目的

1. 理解低频集成功率放大器的工作原理。

2. 熟悉低频功率放大器的主要性能指标。

3. 掌握低频功率放大电路主要性能的测试方法。

二、实验原理

1. 电路原理

低频集成功率放大器有 DG4100 、LA4112 和 LM386 等多种集成电路。前两种集成功率放大器的内部电路、基本功能和外部接线基本相同。下面以 DG4100 为例说明低频集成功率放大器的基本原理和使用方法。 DG4100 的内部电路如图 1.14.1 所示。

  

 

由图可见，该集成块内部包括三级电压放大器和一级互补对称功率输出级。

第一级：是由  T1、T2  组成的单端输入、单端输出的差动放大器。

第二级：是由  T4  组成的电流串联负反馈放大器。该级的负载是以 T5、T6 组成的镜象恒流源电路作为有源负载。因而，该级具有较高的电压增益。同时该级采用 PNP 管，兼有电平移动的作用。

第三级：是由  T7 组成的电流串联负反馈放大器。为了提高该级的输出电压，在使用时，应在 13 端与 1 端之间外接一个自举电容Ｃ8 。为了防止整个放大器自激，使用时应在 4 端与 5 端之间外接一个补尝电容。

功率输出级：该级由  T8 - T14  组成。其中 T12、T13  组成一个 NPN 型复合管。T8 ，T14 组成一个 PNP 型复合管。为了克服交越失真，由 Ｒ8 为这两个复合管提供了基极静态偏置电压。T9 ～ T11 和Ｒ8 构成 T8 发射极偏置电路， 其作用是抬高 T8 的发射极静态电位，从而通过  T8  给  T14 提供所需的静态电流。

该电路内部有一个负反馈电阻 Ｒ11 ，在使用时，还需要在放大器的 6 端和地之间外接一个由Ｒr、Ｃr 组成的网络，以便与 Ｒ11 一起构成深度交流电压串联负反馈，如图 1.14.2 中所示。外接Ｒr、Ｃr 以后，放大器总的电压增益为：

        

这样，通过改变外接电阻Ｒr 的值，可以很方便地调整整个放大器的电压增益，以适应不同的应用场合。

2. 放大器的带宽

对低频功率放大器来说，放大器的带宽是一个重要的指标，它直接影响着放大器的音质。在实验中，主要应测量放大器的上限截止频率 ｆH 和下限截止频率ｆ L ，从而确定放大器的 3dB 带宽 BW。

              

3. 各引脚的功能

DG4100 的电路符号如图 1.14.2，各引脚的功能及用法如下：

1 脚：输出端。使用时该端要外接一个大电容和负载电阻，以构成 OTL 功率放大器。

2、3 脚：使用时这两个管脚接通，作为公共接地端。

4、5 脚：补偿端。使用时需外接 51pF 的补偿电容。

6 脚：差动输入级的一个输入端。使用时在该脚与地之间接入一个由 Ｒr、Ｃr 组成的网络，构成深度负反馈。

9 脚：信号输入端。

10 脚：纹波旁路端。使用时可根据需要接入旁路电容。

12 脚：去耦端，可接去耦电容。

13 脚：自举端。使用时，在该端与1脚之间接入自举电容，以使该电容具有自举功能。

14 脚：电源端。使用时，该端接电源正极，并需外接一只滤波电容。

4. 实验电路及技术指标

本实验所采用的电路如图 1.14.2 和图 1.14.3 所示。若采用图 1.14.2 进行实验, 应达到的技术指标为 ：

(1) 输出功率：Ｐ0 > 0.5W (ＶCC = 6V )

(2) 失真度：≤ 10%

(3) 输入电压（有效值）：Ｖi≤ 15mV

(4) 上、下限截止频率：ｆH ≥ 10kHz，ｆL≤ 50Hz.

三、实验内容及步骤

下面以图 1.14.2 为例, 说明本实验的实验内容及步骤:

1. 连接电路根据图 1.14.2 电路图及参数，在面包板上搭好实验电路。认真检查无误后，接通电源。

               

 

 

 2. 消除振荡

将放大器的输入端对地短路，用示波器观察输出有无振荡。如有振荡，改变电容Ｃ5 的数值，使振荡消除。然后将输入端断开。

        3. 测量最大不失真输出时的参数

在放大器的输入端输入 1kHz 的正弦信号，用示波器观察ＲL 两端的输出电压Ｖ0 的波形，并用失真度仪测量输出信号的失真度。逐渐增大输入信号电压，直至输出电压刚出现失真且其失真度为 10% 时为止。此时的输出电压即为最大不失真输出电压Ｖ0  。测量并记录此时的输出电压Ｖ0 和直流电源的电流Ｉ 。描绘并记录输出电压Ｖ0 的波形及有关参数。并计算放大器的输出功率Ｐ0 。

４. 用示波法测量上、下限截止频率 ｆL和ｆ H

保持输入信号 Ｖi 的频率不变，稍微减小输入信号的幅度，使输出信号在示波器上的高度正好为 5 格。此后保持输入信号的幅度不变 (用毫伏表监测) ，使输入信号的频率由 1kHz开始逐渐升高。这时输出波形的幅度会逐渐减小。当输出波形的幅度下降到原来的 0.707 倍 (即示波器上的高度为 3.5 格) 时，所对应的输入信号频率即为放大器的上限截止频率 ｆH 。用同样的方法，在保持输入信号幅度不变的条件下，将信号频率由 1kHz 逐渐降低，这时输出信号的幅度也会逐渐减小。当输出信号在示波器上的幅度为 3.5 格时对应的输入信号的频率即为放大器的下限截止频率 ｆ L 。并计算出放大器的带宽 BW 。

5. 检验放大器的放音效果

将输出负载电阻ＲL 换成阻抗为 8 欧的扬声器，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声音信号，加到功率放大器的输入端。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. 信号发生器         1台

3. 直流稳压电源   1台

4. 万用表             1块

5. 收录机             1台

五、实验报告要求

1. 整理实验数据，根据实验数据，计算出该放大器的最大不失真输出功率Ｐ0max 、电源输出功率Ｐv、晶体管集电极管耗Ｐc ，效率η。并与理论值及设计指标比较。

2. 计算出放大器的带宽 BW ，并与设计指标比较。