篇名：

OTL 功率放大電路之研析

作者：

吳冠彥。國立羅東高工。電子科二年乙班。

康皓惪。國立羅東高工。電子科二年乙班。

OTL 功率放大電路之研析

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壹前言

一年級暑假考工業電子丙級術科時，考題之一音樂盒，它能使輸入之聲音放大，

所使用之原理為電子學之 OTL 功率放大電路，功率放大器須設計成適當的功率

增益。也就是說理論上要有高電壓和高電流，才有高功率，對於功率放大器來講，

提高效率是很重要的。效率低的電路，除了消耗許多無謂的能量外，這些消耗的

能量轉變為熱量，如果不作妥善的散熱處理，可能由於溫度的升高而影響整個電

路的正常工作。

但 OTL 放大電路如何使功率放大，我們只能參考書籍得知，詳細原理我們還是

不清楚，但因為我們是高職體系，為了培養我們的實作能力，我們可以用實作的

方式來滿足求知欲，畢竟只知道原理是不夠的，所以此篇論文就功率放大電路加

以探討，以 OTL 功率放大電路作實驗分析。

貳正文

一．交連放大器發展史（註一）

1．第一代：變壓器交連串級放大器。

2．第二代：OTLOTLOTLOTL（output transfer Less）單電源之電阻電容電阻電容電阻電容電阻電容交連串級放大

器。

3．第三代：OCOCOCOCLLLL（output capacitor Less）雙電源之直接交連直接交連直接交連直接交連串級放大器。

二．介紹

1111、、、、變壓器交連式放大器變壓器交連式放大器變壓器交連式放大器變壓器交連式放大器

最早期的放大器是真空管，直到 BJT 的雙端推挽放大器（NPN，push-pull）之前，

由於真空管與電晶體的輸出阻抗非常高，若要直接驅動喇叭（sepeaker，8 Ω ），

則無法達到阻抗匹配阻抗匹配阻抗匹配阻抗匹配，，，，所以第一代的交連方式便是變壓器來擔任。

優點

1．因 Z1 =

2

1

N

N 2× Z2，所以最容易達成阻抗匹配阻抗匹配阻抗匹配阻抗匹配。

2．因變壓器之矽鋼片，可擔任兩級間直流電壓隔離的設計。

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3．因變壓器的線圈阻抗甚低，直流功率耗損較低，故具有較高效率。

缺點

1．低頻受電感抗 XL 影響及高頻受線圈之間的散雜電容散雜電容散雜電容散雜電容影響，故頻率響應不佳。

2．容易引起雜散磁場干擾。

3．積體電路（IC）無法製造變壓器及線圈，所以體積笨重，且價格較為昂貴。

2222、、、、電阻電阻電阻電阻／／／／電容耦合式放大器電容耦合式放大器電容耦合式放大器電容耦合式放大器

為了省略掉使用輸出變壓器，所以第二代放大器簡稱 OTLOTLOTLOTL（（（（output transfer Lessoutput transfer Lessoutput transfer Lessoutput transfer Less））））。

是使用單電源單電源單電源單電源（+VCC），所以還有直流工作點電壓的隔離問題隔離問題隔離問題隔離問題。串級放大電路中，

各級各點之工作點直流電壓皆不相同，如下（圖 1）所示

，第一級是微音器（純交流裝置），所以不可以直接以短路短路短路短路方式將交流信號交連

到下一級，否則各直流工作點必定會互相干擾而無法正常運作，所以必須使用交交交交

連電容器連電容器連電容器連電容器來阻隔不同值的直流工作電壓，並且傳遞交流信號。

如（圖 2）與（圖 3）所示。

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交連電容器：

（１）對直流電壓，即 XC = 開路，則隔絕直流隔絕直流隔絕直流隔絕直流。。。。

（２）對交流信號，即 XC = 短路，則傳遞交流信號交流信號交流信號交流信號。

所謂電阻／電容（RC）交連，即以前、後級之負載為電阻電阻電阻電阻，利用電容器電容器電容器電容器把前級

能量交連至下一級之電路，R-C 交連放大器之優缺點：

優點：直流偏壓設計容易，成本低，高頻頻率響應良好。

缺點：因微分電路，如（圖 4）與（圖 5）所示，屬於高通濾低電路，故低頻響

應不良。

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3333、、、、直接耦合式放大器直接耦合式放大器直接耦合式放大器直接耦合式放大器

前述之變壓器交連變壓器交連變壓器交連變壓器交連以及交連電容器交連電容器交連電容器交連電容器，都是因為為了要隔絕直流隔絕直流隔絕直流隔絕直流偏壓的目的所採用

之手段，但兩項交連方式都已傷到低頻信號領域，更不用說直流信號已完全無法

獲得放大。如示波器示波器示波器示波器之垂直偏向電路也要有測量 DC 準位的能力，而且交連電容交連電容交連電容交連電容

器器器器與變壓器變壓器變壓器變壓器，根本無法製作在積體電路 IC 之內，故研發出直接交連放大器直接交連放大器直接交連放大器直接交連放大器方式，

如（圖 6）。

圖 6 雙電源之 OCL 直接交連電路

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所示之 OLC（output capacitor less）電路，OPA 等雙電源（ ± VCC）電路。達靈頓達靈頓達靈頓達靈頓

電路電路電路電路與差動放大電路差動放大電路差動放大電路差動放大電路與 OPA，都是採用直接交連直接交連直接交連直接交連技術。

直接交連放大器，又稱直流放大器直流放大器直流放大器直流放大器，是所有交連方式中唯一兼可放大直流信號，

所以低頻響應低頻響應低頻響應低頻響應最佳，甚至可以放大 0Hz 的直流信號，如（圖 7）與（圖 8）所示。

圖 7 兩級共射極式直接交連放大器

圖 8 直接交連的頻率響應曲線

優點：

（1）減少交連損失。

（2）減少交連電路造成的移阻。

（3）低頻率響應最佳。

缺點：穩定性最差：所有交連方式中，唯一沒有直流隔離作用直流隔離作用直流隔離作用直流隔離作用，故前後級之直流

易互相影響，尤其溫度上升後更明顯。

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如（圖 7）之使用之 RC1 身上同時含有 IC1 與 IB2 兩種電流，所以 RC1 零件數值

要精確，而且難以設計偏壓。

三、實驗操作紀錄

（1） OTL 放大電路測試

圖 9、OTL 電路

圖 10、麵包板實驗電路圖

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圖 11、電路板焊接電路圖

圖 12、電路板背面

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A、使用訊號產生器從 C4 輸入 1kHz 的正弦波，Vp-p＝1V、 DIVVolrs ＝0.2V

（如圖 13）

圖 13

B、輸入 12V。使用可變電阻 SVR2，讓 TP2＝6V。

C、放大後，原本因該為 Vp-p＝8V，但是訊號太大而失真（如圖 14）

圖 14

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E、調整後，最大不失真的輸入約 Vp-p＝0.4V， DIVVolrs ＝0.2V；

輸出約為 Vp-p＝4V、 DIVVolrs ＝2V。（如圖 15）

圖 15

參結論

電子學之放大電路與我們生活息息相關，例如音響放大、波形放大、電壓放大等

等，在電子電路發展上佔了重要的地位，我們應徹底了解其原理。

透過實驗，我們發現 OTLOTLOTLOTL 功率放大電路功率放大電路功率放大電路功率放大電路理論值與實驗結果大約相符，首先，我

們固定電壓頻率 1K Hz，輸入 Vp-p 1V 的電壓，通過放大電路，輸出 Vp-p 8V 的

電壓，但由於輸入電壓過大，導致輸出波形失真,經過電壓調整，發現在輸入電

壓 Vp-p 0.4V，輸出電壓為 Vp-p 4V，此時輸出波形正好不會失真，所以 Vp-p 0.4V

為輸入電壓臨界值，也就是說如果要使輸出波形無失真，在固定頻率 1K Hz 下，

則其輸入電壓必小於等於 Vp-p 0.4V，這個實驗結果告訴我們，OTL 功率放大電

路，在固定頻率下，其理想輸入電壓必在一定範圍內，此為這次實驗得到之結論。

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肆引註資料

註一。王金松。電子學總復習（II）。（台北縣：全華圖書，民 97）P7-1～P7-8。

（串級放大電路）

陳茂璋、鄧明發、郭盈顯。基礎電子實習［I］。（台北市：知行文化，民 89）

P251～P253。（音樂盒功率放大器）