项目四 ——扩音机电路的制作与调试 任务4.1——OTL功率放大器的安装与调试.

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1 项目四 ——扩音机电路的制作与调试 任务4.1——OTL功率放大器的安装与调试

2 任务 通过对OCL、OTL电路原理以及集成功率放大电路的学习，学会制作功放器。 建议完成本任务学时为6学时。

3 学习目标 应知 ⑴了解低频功率放大电路的基本要求和分类。 ⑵能够识读OCL、OTL功率放大器的电路图。
⑶了解典型集成功率放大器的引脚功能及应用电路。 应会 ⑴学会正确识读常用集成功率放大器的引脚。 ⑵学会安装和调试低频功率放大器。 ⑶学会判断并检修低频功率放大器的简单故障。

4 基础知识： 任务4.1 OTL功率放大器的安装与调试 （一）功率放大电路
能输出较大功率的放大电路称为功率放大电路。功率放大电路通常位于多级放大电路的末级，其作用是将前级电路已放大的电压信号进行功率放大，以推动执行机构工作。

5 任务4.1 OTL功率放大器的安装与调试 （二）双电源互补对称功率放大器（OCL电路） ⒈电路结构 双电源互补对称功率放大器的原理图如图4-2所示。两只三极管的特性是对称的，其中VT1管是NPN型三极管，VT2是PNP型三极管，两只三极管工作在乙类状态。这种功率放大器无电容C，也称为OCL电路。

6 任务4.1 OTL功率放大器的安装与调试 图4 -2 OCL功率放大电路的基本结构

7 任务4.1 OTL功率放大器的安装与调试 ⒉工作原理 输入信号为正半周时，VT1管处于正偏导通状态，VT2管处于反偏截止状态，集电极电流ic1通过负载，负载上有正半周输出；输入为负半周时，VT2管处于正偏导通状态，VT1管处于反偏截止状态，集电极电流ic2通过负载，负载上有负半周输出。 可见，在输入信号的一个周期内，两个管子轮流交替工作，共同完成对输入信号的放大工作，最后输出波形在负载上合成得到完整的正弦波。

8 任务4.1 OTL功率放大器的安装与调试 ⒊交越失真
乙类功率放大器由于没有直流偏置，三极管工作在输出特性曲线的底部。而两只管子轮流交替工作的结果在负载上合成时，将会在正、负半周交界处出现波形的失真，这种现象称为交越失真，如图4-3所示。消除交越失真的方法是给功放管加一个微弱的直流偏置，使功放管工作在甲乙类状态。 图4 -3 交越失真波形

9 任务4.1 OTL功率放大器的安装与调试 （三）OTL功率放大电路 OCL电路具有线路简单，效率高等特点，但要用两个电源供电，使用不方便，因此常采用单电源供电的互补推挽功率放大器。这种功率放大电路无输出变压器，但有输出电容C，所以又称为OTL电路，如图4-4所示。OTL电路是在OCL电路的基础上去掉负电源，在输出端接入一个大电容C，利用大电容C的充放电来代替去掉的负电源。

10 任务4.1 OTL功率放大器的安装与调试 图 OTL功率放大电路的原理图

11 任务4.1 OTL功率放大器的安装与调试 ⒈电路结构 VT1与VT2是一对类型不同、特性对称的配对管，同样VT1管是NPN型三极管，VT2是PNP型三极管。该电路与OCL不同之处主要有两点：一是由双电源供电改为单电源供电，二是输出端与负载的连接由直接耦合改为电容耦合。

12 任务4.1 OTL功率放大器的安装与调试 ⒉工作原理 ⑴当输入信号为正半周时，VT1导通，VT2截止，电源E通过VT1向耦合电容C充电，并在负载RL上输出正半周波形。 ⑵当输入信号为负半周时，VT1截止，VT2导通，耦合电容C放电向VT2提供电源，并在负载RL上输出负半周波形。 可见在输入信号的一个周期内，VT1、VT2轮流交替工作，同样在负载上合成得到完整的正弦波。

13 任务4.1 OTL功率放大器的安装与调试 工作步骤 步骤一：实训准备 ㈠器材准备 完成本任务所需要的工具与器材、设备见表4-1。

14 表4-1 任务四所需工具与器材、设备明细表① 序号 名 称 符 号 型 号 规 格 单位 数量 1 三极管 VT1 C945 个 2 VT2
名 称 符 号 型 号 规 格 单位 数量 1 三极管 VT1 C945 个 2 VT2 C3298 3 VT3 A1306 4 二极管 VD IN4001 5 电阻器 R2、R4 150Ω 6 R1 5.1kΩ 7 R3 1.5kΩ 8 R5 27 kΩ 9 RL 8Ω/1w 10 电位器 Rw 20kΩ

15 焊锡丝、松香助焊剂、烙铁架等，连接导线若干 螺丝刀（一字和十字）、尖嘴钳、剥线钳、镊子、小刀、小剪刀等
表4-1 任务四所需工具与器材、设备明细表① （续表） 序号 名 称 符 号 型 号 规 格 单位 数量 11 电容器 C2、C3 电解电容器 220μF/25V 个 2 12 C1 15μF/16V 1 13 指针式万用表 500型或MF-47型 台 14 直流稳压电源 0～±12V（连续可调） 处 15 低频信号发生器 XD2型 16 晶体管毫伏表 DA-16型 17 双踪示波器 XC4320型 18 电烙铁 15～25W 支 19 焊接材料 焊锡丝、松香助焊剂、烙铁架等，连接导线若干 套 20 电子实训通用工具 螺丝刀（一字和十字）、尖嘴钳、剥线钳、镊子、小刀、小剪刀等 21 面包板 块

16 任务4.1 OTL功率放大器的安装与调试 步骤二：电路连接 在面包板上连接图4-5电路。 图4 -5 OTL功率放大电路

17 任务4.1 OTL功率放大器的安装与调试 步骤三：电路的调试与测量 完成电路的连接并经检查无误后，方能接通电源进行调试与测量。 ⒈调试、测量静态工作点 只接通电源UCC，调节RW使输出中点电位 UD＝UCC/2。测量此时正常电路的静态工作点记入表4-2。

18 任务4.1 OTL功率放大器的安装与调试 表4 -2 OTL功率放大电路的静态测量 各测试点电压值 (V) 电流值 (mA) UA UB
UC UD ICC

19 任务4.1 OTL功率放大器的安装与调试 步骤三：电路的调试与测量 ⒉测量电路的最大不失真输出功率和效率 ⑴将开关S拨至闭合挡，然后在输入端加入fi＝1KHZ的正弦信号，用示波器观察输出电压波形，逐渐加大信号源的输出幅度（即增大ui），使放大器的输出电压为最大不失真（波形即将出现削底或削顶但又无明显失真时）。 ⑵用毫伏表测出调试好后的输出电压u0max；用万用表直流电流挡测此时电源供给电路的平均电流ICC。根据测量的数据，求出电路的最大不失真输出功率P0max＝U20max/RL；直流电源提供功率PE＝UCCICC；电路的效率 ηmax ＝P0max/PE。把结果记入表4-3。

20 ⒊断开自举电容C2（即将开关S拨至断开挡），重做第⑵步的测试，结果也记入表4-3中。
任务4.1 OTL功率放大器的安装与调试 步骤三：电路的调试与测量 ⒊断开自举电容C2（即将开关S拨至断开挡），重做第⑵步的测试，结果也记入表4-3中。 表4 -3 自举电容对功率放大电路效率的影响 测量值 由测量值计算 理论计算值 uomax(V) ICC (mA) Pomax(w) PE(w) ηmax (%) Po(w) 有自举电路 （S拨到"闭"） 无自举电路 （S拨到"开"）

21 使用XC4320双踪示波器观察输入和输出电压的波形，并绘画在图4-6中。
任务4.1 OTL功率放大器的安装与调试 步骤四：观察输入和输出电压的波形 使用XC4320双踪示波器观察输入和输出电压的波形，并绘画在图4-6中。 图4 -6 OTL功放电路电压波形记录

22 任务4.1 OTL功率放大器的安装与调试 相关链接： 电子电路故障检修方法 （一）电子电路故障检修的一般步骤
在故障范围内使用合适的方法查找故障点（或故障元件） 分析判断故障发生的范围 观察故障现象 排除故障（更换故障元件） 检查电路功能恢复情况 通过询问、眼看、耳听、触摸、嗅味等方法仔细观察故障的特征和现象

23 任务4.1 OTL功率放大器的安装与调试 （二）常用的检查方法 ⒈直观检查法 检查接线，重点查电源线、信号线有无错误。检查元件有无错焊、漏焊，二极管、三极管、电解电容极性接反，集成电路管脚插反等。

24 任务4.1 OTL功率放大器的安装与调试 ⒉电阻法 在断电情况下，可用万用表欧姆挡测量电路中关键点的对地电阻，以排除错误接线或短路故障。关键点可选总电源端子、分级电路的电源正极、集成电路正电源的管脚以及具有电阻、电容串并联网络的节点，具有电阻、二极管、三极管串并联网络的节点等，这些点可从原理图上估计出正常电阻值，通过测量，若发现有较大的偏差，可进一步细查。如果测量点并有较大的电解电容，断电后应先放电再进行测量。

25 任务4.1 OTL功率放大器的安装与调试 ⒊电压、电流法 通过测量电路电压、电流值与资料给出的参考值相比较，分析后，来判别电路故障的原因和部位。可通过测量整机电源电压、静态电流是否合适来分析故障，测量晶体管三个电极对地的电压来判断放大器的工作状态，测量集成器件电源引入端的电压和静态电流值来确认此集成器件静态工作参数是否正常。

26 任务4.1 OTL功率放大器的安装与调试 ⒋示波器测量法
利用示波器能测量电路信号流程中的各点波形的有、无和失真情况，可以在检修中缩小故障范围；通过对波形的幅度、周期、 相位、形状的分析, 确定故障原因。示波器测量法是一种常用的检修方法, 尤其适用于模拟电路的动态故障检修。 在测量前, 首先要掌握电路信号流程中各级波形的幅度、周期、相位、形状等的正确数值，然后通过对故障电路各级波形的测量结果与正确波形进行比较, 分析判断故障部位, 再辅之以其他检修方法进一步找出故障点。例如, 多级放大电路中耦合电容开路的故障, 可以用示波器测量法顺着信号流程检查各级放大电路输入、输出的波形, 将故障范围确定在有波形和无波形的两点电路之间, 检查测量耦合电容就能找到故障元件。

27 任务4.1 OTL功率放大器的安装与调试 步骤五：故障电路的测试 图 故障电路电压波形记录

28 ⒈（用一导线短接B、C两点），并逐渐调小输入信号的幅度，直至观察到输出电压波形有交越失真为止。
表4 -4 故障电路的静态测量 测试条件 各测试点电压值 (V) 电流值 (mA) B 、 C 两点短路 UA UB UC UD ICC VTl 发射结击穿 测试电路，分别存在下列人为故障时的输出电压波形，绘制于图4-7中；并用万用表测量（测时需关掉信号发生器电源）故障电路相应的静态工作点，记入表4-4。 ⒈（用一导线短接B、C两点），并逐渐调小输入信号的幅度，直至观察到输出电压波形有交越失真为止。 ⒉ VT1发射结击穿（用一导线短接VT1的b、e极）。

29 任务小结 1.功率放大器按晶体管的静态工作点设置分为甲类、乙类、甲乙类。在此介绍无变压器耦合的互补对称式的功率放大器，它又有双电源的OCL电路和单电源的OTL电路之分。 2.无论是OCL电路还是OTL电路，都是由两只晶体管在输入信号的一个周期内轮流交替工作，最后在负载上合成，这样就会产生交越失真，为了克服交越失真，应将静态工作点设置在甲乙类状态。 3.集成功放体积小、重量轻、性能可靠，使用时注意引脚的连接。 ⒋在完成本任务之后，应初识集成功率放大器；并学会使用电压法、示波器测量法来检修电路故障。

30 练习题 一、填空题 1. 对功率放大电路的要求是 要大、 要高、 要小以及 要好。
1. 对功率放大电路的要求是 要大、 要高、 要小以及 要好。 2. 功率放大电路按三极管的工作状态可分为： 类功率放大电路、 类功率放大电路和 类功率放大电路。 3. 乙类功率放大器会产生一种被称为 失真的非线性失真现象，为了消除这种现象，应使乙类功率放大器工作在 状态。 4. OTL电路和OCL电路的主要区别是：OTL电路是　　　　供电；而OCL电路是　　　　供电。 5.对OCL电路来说，理想情况下，电路的最大输出功率是 ；对OTL电路来说，理想情况下，电路的最大输出功率是 。

31 练习题 二、选择题 1. 甲类功率放大电路的静态工作点设置在 ( ) 内。 A. 截止区 B. 放大区 C. 饱和区 D. 不确定
1. 甲类功率放大电路的静态工作点设置在 (　　) 内。 A. 截止区　　B. 放大区　　C. 饱和区　　　D. 不确定 2. 乙类功率放大电路由两个功放管组合起来(　　) 工作, 合成出一个完整的全波信号。 A. 同时　　B. 交替　　C. 间歇同时　　D. 不确定 3. 在OCL功率放大电路中，输入为正弦波，若输出电压波形如图4-3所示，则电路出现了（ ）。 A．饱和失真 B.交越失真 C.截止失真

32 练习题 三、判断题 1. 功率放大电路的主要作用是向负载提供足够大的功率信号。 ( )
1. 功率放大电路的主要作用是向负载提供足够大的功率信号。 ( ) 2. 在功率放大电路中, 功放管的功耗越大, 电路输出功率越大。（　　　) 3.在功率放大电路中, 功放管的功耗越大, 电路的转换效率越低。(　　　) 4.甲类功率放大电路的特点是失真小, 转换效率低。(　　　) 5.消除功率放大电路的交越失真的措施是给功放管设置静态工作点, 使功放管静态时处于微导通状态。 (　　　)

33 练习题 四、综合题 1. 试说明甲类、乙类和甲乙类功率放大器的区别。 2.乙类功率放大器产生交越失真的原因是什么，怎样改进？

34 练习题 3. OCL电路如图4-13所示，试按下列要求填空。 ⑴ui=0 时，K点直流电位UK= 。
(2)二极管VD和电阻RP 的主要作用是 。 (3) ui为正弦波，在其负半周时，两管的工作状态是VT ，VT 。 图4 –13 综合题5附图

35 练习题 4.电路如图4-14所示，试回答下列问题： ⑴调节哪个元件可使中点电压等于电源电压的一半？
图4–14 综合题6附图 ⑴调节哪个元件可使中点电压等于电源电压的一半？ ⑵调节哪个元件可使输出管有合适的直流偏置？ ⑶在电路中，为什么要安装电阻R4?是否可将R4短路？为什么？ ⑷C2在电路中的作用是什么？如果C2因损坏而失效，将会出现什么故障现象？