实验三十二、OCL电路的研究

一、题目

仿真电路如图1所示。利用 Multisim 研究下列问题：
（1）负载 $R_6$ 上能获得的最大输出功率；
（2）电容 $C_1$、$C_2$ 的作用；
（3）当输入电压为频率为 $1\text{kHz}$、峰值为 $5\text{V}$ 的正弦波时，若 $R_1$ 开路，将产生什么现象，解释理由。
（4）若输入正弦波的最大峰值为 $1.4\text{V}$，则为使负载 $R_6$ 上获得最大输出功率，应采用什么措施？画出仿真电路。
（5）为了使信号源与图示电路直流通路隔离，同时为了稳定输出电压，减小非线性失真，引入合适的交流负反馈，画出仿真电路图。并利用 Multisim 选择合适的电流参数，使输入电压有效值 $U_i=0.1\text{V}$ 时，输出电压有效值 $U_o=1\text{V}$。

二、仿真电路

仿真电路如图1所示。

$$图1仿真电路$$

三、仿真内容及结果

（1）先调节 $R_3$，使静态时 $u_O$ 近似为零。用函数发生器作为信号源，输入频率为 $1\text{kHz}$ 的正弦波电压 $u_I$，用示波器监视 $R_6$ 上的电压 $u_O$ 的波形。增大 $u_I$ 的幅值，当峰值为 $15.4\text{V}$ 时 $u_O$ 开始失真；减小 $u_I$ 峰值至 $15.3\text{V}$，失真消失，从示波器上测得 $u_O$ 的峰值为 $15.04\text{V}$。因此，负载 $R_6$ 上能够获得的最大输出功率$$P_{om}=\frac{u_{omax}^2}{2R_6}\approx 14.1\text{W}$$
（2）在有无 $C_1$、$C_2$ 的情况下，$u_I$ 为不同峰值时对应的 $u_O$ 的峰值如表1所示，说明电容 $C_1$、$C_2$ 是 $D_1\sim D_3$ 和 $R_3$ 的旁路电容，作用是减小输入信号的损失，使 $u_O$ 与 $u_I$ 的跟随特性更好。
$$表1有无C_1、C_2情况下的u_{imax}和u_{omax}$$

$u_{imax}$/V	2	4	6	8	10	12	14
有 $C_1、C_2$ 时的 $u_{omax}$/V	1.965	3.924	5.928	7.912	9.736	11.793	13.853
无 $C_1、C_2$ 时的 $u_{omax}$/V	1.917	3.797	5.741	7.650	9.544	11.396	13.161

（3）从示波器测得电路静态和 $u_I$ 为 $1\text{kHz}$、峰值为 $5\text{V}$ 的正弦波时正常工作和 $R_1$ 开路两种情况下输出电压峰值如表2所示，而且略有交越失真。由表可知，$R_1$ 开路不但使两只管子的静态工作点不再对称，而且 $u_O$ 正半周峰值小于负半周峰值电压的数值。图2所示为 $R_1$ 开路时的输出电压波形。$$表2正常工作及R_1开路时的输出电压峰值$$

uimax/V	uo	正峰值电压/V	负峰值电压/V
0	正常工作	0.032
	R1 开路	-0.107
5	正常工作	4.970	-4.910
	R1 开路	3.521	-4.894

$$图2R_1开路时的输出电压$$由于电路对称性变差，使静态时的 $u_O$ 更加偏离 $0\text{V}$，造成两对复合管的放大能力不同，$Q_2$、$Q_4$ 组成的复合管比 $Q_1$、$Q_3$ 组成的复合管的电流放大倍数大。因此，当 $u_I>0$ 时，虽然信号通过 $C_1$ 耦合至 $Q_1$、$Q_3$ 管而放大，但是 $u_O$ 正半周幅值明显小于负半周幅值。

（4）由（1）的答案可知，当负载 $R_6$ 上获得最大输出功率时 $u_I$ 峰值为 $15.3\text{V}$，因此若输入正弦波的最大峰值为 $1.4\text{V}$，则应在功放输入端加放大电路，如比例系数为 $11$ 的同相比例运算电路。如图3所示。

$$图3添加同相比例运算电路的功放$$

（5）电路应引入电压串联负反馈，为使信号源与图示电路直流通路隔离，输入端采用阻容耦合，如图4所示。经调试，使输入电压有效值 $U_i=0.1\text{V}$（ 峰值为 $0.1414\text{V}$ ）输出电压有效值 $U_o=1\text{V}$（ 峰值为 $1.414\text{V}$ ），电阻 $R_9=44.5\text{k}\Omega$，$R_7=R_8=5\text{k}\Omega$，电容 $C_3=100\text{μF}$，如图4所示。

$$图4引入交流负反馈的功放电路$$