北邮 模电实验 OTL功率放大设计仿真报告

### 北邮模电实验OTL功率放大设计仿真报告知识点解析 #### 一、OTL功率放大器概述 OTL（Output TransformerLess）功率放大器是一种无需输出变压器的音频功率放大器，它能够直接将音频信号放大并驱动扬声器。这种设计的主要优点在于结构简单、成本低廉以及能够减少由于变压器带来的相位失真等问题。OTL放大器广泛应用于便携式设备、小型音响系统等场合。 #### 二、仿真电路图解析 在进行OTL功率放大器的设计时，首先需要构建一个仿真电路图。该电路图包括了放大器的所有基本元件，如晶体管、电阻、电容等。通过仿真软件，可以对电路进行模拟测试，从而评估其性能指标。 #### 三、静态分析 静态分析是电路设计中的一个重要步骤，主要目的是为了确定电路在没有输入信号时的工作状态。对于OTL功率放大器而言，静态分析主要包括以下几个方面： 1. **偏置点设置**：确保晶体管工作在合适的区域内，避免出现截止或饱和状态。 2. **电流和电压值**：确定静态时各支路的电流值和关键节点的电压值，以保证放大器的稳定性和可靠性。 3. **静态工作点**：通过调整电路参数，使放大器处于最佳的静态工作点上，以实现良好的动态特性。 #### 四、电压放大倍数 电压放大倍数是指输出电压与输入电压之比，它是衡量放大器放大能力的一个重要指标。在本实验中，当输入电压Vpp为2V，频率1kHz时，计算得出电压放大倍数为0.67倍。这个数值较低，可能意味着放大器的增益不是很高。 #### 五、最大输出功率和效率 1. **有自举电容时**：在加入自举电容后，可以显著提高放大器的最大输出功率。根据实验结果，当输入交流信号的幅度值为5.1V（Vpp为10.2V），频率1kHz时，最大输出功率可达210mW。此时的电源功率为429.7W，因此效率η为48.8%。 - **自举电容的作用**：自举电容能够提高输出端的直流电压水平，使得放大器能够在较低的电源电压下工作，同时增加输出功率。 2. **无自举电容时**：如果去除自举电容，则最大输出功率会下降到99mW，此时输入的交流信号幅度值为3.5V（Vpp为7V），频率1kHz。此时电源功率为325mW，效率η为30.5%。 - **效率对比**：通过对比可以看出，在加入自举电容后，不仅提高了最大输出功率，还显著提升了效率，这对于实际应用中的能效比非常重要。 #### 六、测量交越失真 交越失真是指在放大器输出信号的正负半周之间出现的一种非线性失真现象。通常发生在输出级晶体管处于转换状态时。为了观察和测量交越失真，可以通过以下两种情况进行对比： 1. **两二极管没被短路时**：在正常状态下，二极管未被短接，此时输出信号的质量较好，交越失真较小。 2. **两二极管被短路时**：如果将二极管短接，会导致放大器的输出特性发生变化，很容易产生明显的交越失真现象。 通过对这两种情况下的波形进行比较，可以直观地观察到交越失真的存在及其影响。此外，还可以通过改进电路设计或调整元件参数来减少交越失真，提高放大器的整体性能。