【任务描述】

（1）学习OTL甲乙类互补对称电路。

（2）了解复合互补对称电路。

（3）了解变压器耦合推挽功率放大电路。

【知识学习】

一、OTL甲乙类互补对称电路

OTL是无输出变压器（output transformer less）的英文缩写。

图3.2.1所示为一个电源供电的互补对称电路，它去掉了负电源，在输出端接入一个容量较大的电容器CL，输出信号通过电容CL耦合到负载RL，而不用变压器，故称无输出变压器电路，简称OTL电路。

静态时，一般只要适当调节电位器RP活动头的位置，就可使IC1、UB2和UB3适当变化，从而使UE=Ec/2，适当选择R2的数值，前置放大级T1管的静态电流IC1在R2上产生的压降为T2和T3提供合适的偏置消除交越失真。为了使加到T2和T3的基极信号相等，常在R2两端接上容量适当的旁路电容C2。R2的取值通常由实验调试决定。

当输入信号ui处于正半周时，T1输出负半周，T3导通，T2截止，已充电的CL起着负电源（-EC/Z）的作用，充当T3的电源，通过RL放电，T3以射极输出的形式将信号传输给负载；在ui处于负半周时，T1输出正半周，T2导通，T3截止，于是T2以射顿输出的形式将信号传输给负载，同时向CL充电。这样就实现了双向跟随，在RL上得到完整的输出波形。只要选择RL、CL足够大，CL上电压就基本上维持Ec/2值，就可以用电容CL代替负电源的作用，只不过这时两管的工作电压是Ec/2，而不是Ec。

图3.2.1　OTL甲乙类互补对称放大电路

二、复合互补对称电路

在大功率输出级中，工作电流较大，而一般大功率管的电流放大系数都较小，因此要求有较大的基极电流，此外，大功率异型管配对较为困难。解决上述矛盾的方法通常是采用复合管。

1.复合管

复合管是由两只或两只以上的三极管组成一只等效的三极管。具体接法如图3.2.2所示，从中我们可以看到如下规律：

（1）基极电流ib向管内流的等效为NPN管，如图3.2.2（a）和（d）；ib向管外流的等效为PNP管，如图3.2.2（b）和（c）。ib的流向由T1管的基极电流决定，即导电极性取决于第一只管子。

（2）若把两只管（或多只管）正确连接成复合管，必须保证每只管各电极的电流，都能顺着各个管的正常工作电流方向流动，否则将是错误的。

图3.2.2　复合管的接法

2.复合管的电流放大系数和输入电阻

由图3.2.2（a）所示，复合管的总电流为：

IC=Ic1+Ic2=β1 Ib1+β2 Ib2=β1 Ib1+β2 Ie1

=β2 Ib1+β2（1+β1）Ib1=（β1+β2+β1β2）Ib1≈β1β2 Ib1=β1β2 Ib

所以，

可见复合管的电流放大系数近似等于每管电流放大系数的乘积。此结论也适合于其他形式的复合管。

在图3.2.2（a）、（c）两种接法中，T2管的输入电阻rbe2接于T1管射极上。因此复合管的等效输入电阻为：

rbe=Rbe1+（1+β1）rbe2

对于图3.2.2（b）、（d）两种接法，复合管的输入电阻，就是T1管的输入电阻即rbe=rbe1。

3.复合互补对称电路

复合互补对称原理电路如图3.2.3所示，T2、T4和T3、T5四管组成复合互补对称电路。当输入信号为ui的负半周的，T2导通，T3截止，信号经T2、T4放大后，通过CL加到负载RL上，并对CL进行充电；当输入信号为ui的正半周时，T2截止，T3导通，信号经过T3、T5放大后，通过CL加到负载RL上，CL放电。结果在负载RL上就得到被放大了的全波信号。

图3.2.3　复合管互补对称原理电路

图中Re4、Re5为发射极稳定电阻，Re2、Re3是穿透电流的分流电阻，也是T4、T5的偏置电阻，R2是T2、T3的偏置元件，C2对交流短路；推动管T1的静态电流IC1流过电阻R2，在其两端产生直流压降，供给T2、T3基极与发射极之间合适的正向偏压，以消除输出波形的交越失真。Rc1既是推动管T1的集电极负载电阻，也是复合管T2的偏置电阻。Rb1是T1的偏置电阻，又是直流负反馈电阻，用以稳定工作点，同时对输出信号形成电压并联负反馈，使放大电路稳定，改善输出波形。C3、R1组成自举电路，使UD＞E c，保证有足够的基极电流来推动T2、T4，使其充分导电，以便得到最大峰值输出电压Uom≈Ec/2。静态时，UD=Ec-Ic1 R1，而UA=Ec/2，因此，电容C3充电到两端电压UC3=UD-Ec/2=E c/2-UR1≈Ec/2，当时间常数τ=C3 R1足够大时，UC3基本上保持常量，不随Ui而变化。输入电压为负时，T2、T4导通，UA将由E c/2向更正的方向变化，由于UD=UC3+UA，显然，随着UA的升高D点电位也自动提高。当UA变到Ec时，UD可达到Ec/2+Ec=3Ec/2，这时，相当于D点用了一个3Ec/2的电源供电。这种利用C3、R1将D点电位自动提高的电路称为自举电路。电阻R1的作用是把D点和电源Ec隔开，为D点电位的升高创造条件。

互补对称电路具有结构简单，效率高、频率响应好，易于集成化、小型化等优点，因而获得了广泛的应用。但是在这种电路中，负载电阻的阻值需限制在一定的范围内，当负载电阻较大或较小时晶体管定额很难满足要求。

为了妥善地解决上述矛盾，可利用变压器进行阻抗变换，从而构成变压器耦合功率放大电路。

三、变压器耦合推挽功率放大电路

1.电路特点

变压器耦合推挽功率放大电路如图3.2.4所示。其特点是：

图3.2.4　变压器耦合推挽功率放大电路

（1）T1和T2由两个NPN同型号并且特性完全相同的管子组成。

（2）利用变压器原、副边匝数比的不同实现阻抗变换，将实际的负载电阻RL通过原、副边的匝数比（n=N1/N2），变换成所需要的等效电阻=n2 RL；

（3）为了减小交越失真，静态时利用基极偏置电路，使T1和T2具有较小集电极电流IC1=IC2。由于输出变压器原绕组两部分（N1和N2）的绕向一致，而IC1和IC2的流向相反，故绕组的直流磁势IC1 N1-IC2 N2=0，即铁芯中无磁通，在工作时不致产生磁饱和现象。这是它的主要优点之一。(www.daowen.com)

2.工作原理

静态时，iL=0，无功率输出。因为无输入信号（ui=0）时，IC1和IC2很小，电源供给的直流功率也很小。

当输入正弦信号电压ui时，则通过输入变压器Tr1将使T1和T2基极得到一个大小相等而极性相反的信号电压ui1和ui2。当ui为正半周时，由变压器的同名端可知ube1为正，ube2为负，于是T1导通，T2截止。此时，输出变压器Tr2的原边上半边绕组有集电极电流iC1流过，而下半边绕组无电流，iC2=0。同理，在ui的负半周时，情况正好相反，T1截止，T2导通。Tr2原边上半边绕组无电流通过，而下半边绕组有电流。于是在一个周期的两个半周内，iC1、iC2轮流通过Tr2的原边上下两半绕组，而且大小相等，相位相反。因此，Tr2的副边将有一个较完整的正弦波iL通过负载RL。

变压器耦合推挽功率放大电路与互补对称功放电路比较，前者虽然解决了负载与放大电路输出级的阻抗匹配问题，但其体积大、笨重、频带窄、不便于集成等缺点限制了它的使用范围。

【任务实施】

实训3.2.1　典型复合互补OTL功率放大电路调试

一、实训目的

（1）学会调试电子产品线路。

（2）学会撰写电子产品简要说明书。

二、实训电路和工作原理

（1）图3.2.5为典型复合互补OTL功率放大电路。

（2）图3.2.5中，VT1为激励放大，VT2、VT3构成NPN复合管，VT4、VT5构成PNP复合管。它们构成复合互补的功率放大电路。图中RP1为了调节中点电位。VT2和VT4两个基极间，串接二极管VD和可调到电阻RP2，是为了克服交越失真。调节RP2可调节输出管的静态工作点。由R2和C2组成的“自举电路”可克服输出电压的顶部失真。C1和C3为隔直电容。

图3.2.5　OTL功率放大电路

三、实训设备

（1）装置中的直流可调稳压电源（+12 V）、函数信号发生器、示波器、数字万用表。

（2）单元：VT2、VT3、BX9（插入9013）、R01、R02、R09、R10、R11、R13、RP2、RP7、C06×02、C07。

四、实训内容与实训步骤

（1）按图3.2.5所示电路完成接线。

（2）由函数信号发生器提供正弦信号输入，使UiPP=100 mV，f=1000 Hz的正弦信号输入，用示波器观察RL上电压的波形（要求不失真）。若复合管放大倍数过大，引起输出波形失真，则可适当减小输入信号的UiPP。

（3）以话筒取代函数信号发生器，输入极低音量的音乐，测听喇叭输出音乐的音质。

五、实训注意事项

（1）由于线路比较复杂，导线间的分布电容很容易造成干扰，影响音质。因此对各元件的布局要尽量与电路一致，而且导线尽量要短，尽量少交叉，特别是不要平行走线。

（2）信号输入最好采用屏蔽线，屏蔽层（铜网）的一端接地。

（3）示波器电源要经过隔离变压器供电。

六、实训报告要求

（1）写出调试过程。

（2）撰写OTL扩音机（电子产品）的技术说明书（并说明采用复合管的优点，各个电位器的作用及自举电路改善性能的原理，说明书要求1000字左右）。

实训3.2.2　OTL功率放大电路的故障排除

一、实训目的

（1）学会对电子产品线路故障的分析与排除。

（2）掌握分析故障的一般方法。

二、实训电路与工作原理

在图3.2.5中，以组合模块AX17、AX18取代VT2和VT4，由教师预置电路故障，（AX17与AX18的故障设置见附录）。

三、实训设备

（1）装置中的直流可调稳压电源（+12V）、函数信号发生器、双踪示波器、数字万用表。

（2）单元：VT2、VT3、BX9（插入9013）、R01、R02、R09、R10、R11、R13、RP2、RP7、C06×2、C07、AX17、AX18组合模块。

四、实训内容与实训步骤

要求学生在规定时间内找出故障，并用其他单股细线及元件进行修理，使其正常进行（排故时间视预置故障的数量和难度而定，并留有余地，约为未知故障教师用时的一倍）。

五、注意事项

（1）请指导教师介绍排除故障的一般方法。

（2）学生要根据排除故障的一般方法，逐步检查并缩小检查范围，排除可能故障，切忌乱查、乱改线路。

六、实训报告要求

根据排除故障过程，撰写排除故障的一般方法与排除故障顺序。