模拟电子技术答案 第9章 功率放大电路

第9章 功率放大电路

自测题

一、选择合适的答案填入括号内。

(1)功率放大电路的最大输出功率是在输入电压为正弦波时，输出基本不失真情况下，负载上可获得的最大( A )。

A.交流功率 B.直流功率 C.平均功率

(2)功率放大电路的转换效率是指( B )。

A.输出功率与晶体管所消耗的功率之比； B.最大输出功率与电源提供的平均功率之比；

C.晶体管所消耗的功率与电源提供的平均功率之比。

(3) 在选择功放电路中的晶体管时，应当特别注意的参数有( BDE )。

A．β B．ICM C．ICBO D．UCEO E．PCM F．fT

(4) 若图T9.1所示电路中晶体管饱和管压降的数值为UCES，则最大输出功率POM=( C )。

11(VCC?UCES)2(VCC?UCES)2(V?UCES)A.CC B.2 C.2

RL2RL2RL2

图T9.1 图T9.2

二、电路如图T9.2 所示，已知Tl和T2的饱和管压降UCES?2V，直流功耗可忽略不计。 回答下列问题：

(1)R3、R4 和T3的作用是什么？

(2)负载上可能获得的最大输出功率Pom和电路的转换效率η各为多少？

(3)设最大输入电压的有效值为1V。为了使电路的最大不失真输出电压的峰值达到16V，电阻R6至少应取多少千欧？

解：(1)消除交越失真。

(2)最大输出功率和效率分别为：

?VCC?UCES(VCC?UCES)2????69.8% P, ??16Wom4VCC2RL(3)由题意知，电压放大倍数为：

Au?1?R6Uomax16???11.3 R12Ui2?1 ∴R6?(11.3?1)R1?10.3k?

习题

9.1判断下列说法是否正确，用“√”和“×”表示判断结果。

(1)在功率放大电路中，输出功率越大，功放管的功耗越大。( × )

(2)功率放大电路的最大输出功率是指在基本不失真情况下，负载上可能获得的最大交流功率。( √ )

(3)当OCL电路的最大输出功率为1W时，功放管的集电极最大功耗应大于1W。( × ) (4)功率放大电路与电压放大电路、电流放大电路的共同点是

①都使输出电压大于输入电压；( × ) ②都使输出电流大于输入电流；( × )

③都使输出功率大于信号源提供的输入功率。( √ )

(5)功率放大电路与电压放大电路的区别是

①前者比后者电源电压高；( × )

②前者比后者电压放大倍数数值大；( × ) ③前者比后者效率高；( √ )

④在电源电压相同的情况下，前者比后者的最大不失真输出电压大。( √ )

(6)功率放大电路与电流放大电路的区别是

①前者比后者电流放大倍数大；( × ) ②前者比后者效率高；( √ )

③在电源电压相同的情况下，前者比后者的输出功率大。( √ )

9.2已知电路如图P9.2所示，T1和T2管的饱和管压降UCES=3V，VCC=15V，RL=8Ω，选择正确答案填入空内。

(1)电路中D1和D2的作用是消除( C )。

A.饱和失真 B.截止失真 C.交越失真

(2)静态时，晶体管发射极电位UEQ( B )。

A.>0 B.=0 C.<0 (3)最大输出功率POM( C )。

A.≈28W B.=18W C.=9W 图P9.2 (4)当输入为正弦波时，若R1虚焊，即开路，则输出电压( C )。 A.为正弦波 B.仅有正半波 C.仅有负半波 (5)若D1虚焊，则T1管( A )。

A.可能因功耗过大而烧坏 B.始终饱和 C.始终截止

9.3 电路如图P9.2所示。在出现下列故障时，分别产生什么现象？ （1）R1开路； （2）D1开路； （3）R2开路； （4）T1集电极开路； （5）R1短路； （6）D1短路 解：（1）R1开路：T1截止，T2可能因饱和而烧毁。 （2）D1开路：T1、T2都可能因饱和而先后被烧毁。 （3）R2开路： T2截止，T1可能因饱和而烧毁。 （4）T1集电极开路：T1不工作，uO只有负半周。

（5）R1短路：T1可能因饱和而被烧毁，负载电阻也不安全。

（6）D1短路：会出现交越失真。

9.4 在图P9.2所示电路中，已知VCC=16V，RL=4Ω，T1和T2管的饱和压降UCES=2V，输入电压足够大。试问：

(1)最大输出功率Pom和效率η各为多少？ (2)晶体管的最大功耗PTmax为多少？

(3)为了使输出功率达到Pom，输入电压的有效值约为多少？ 解：(1)最大输出功率和效率分别为

?VCC?U(VCC?UCES)2??? P， ??24.5Wom4VCC2RL(2)晶体管的最大功耗 PTmax20.2?VCC?0.2Pom??6.4W

2RLCES?69.8%

(3)输出功率为Pom时的输入电压有效值 Ui?Uom?

9.5 在图P9.5所示电路中，已知二极管的导通电压为UD=0.7V，晶体管导通时的

VCC?UCES?9.9V 2UBE?0.7V，T2和T3管发射极静态电位UEQ=0V。试问：(1)T1、T3和T5管的基极静态电

位各为多少？(2)设R2=10kΩ，R3=100Ω。若T1和T3管基极的静态电流可以忽略不计，则T5管集电极静态电流约为多少？静态时uI=？(3)若静态时iB1>iB3,则应调节哪个参数可使iB1=iB3？如何调节？(4)电路中二极管的个数可以是1、2、3、4吗？你认为哪个最合适？为什么？

解：(1)T1、T3和T5管的基极静态电位分别为UB1?1.4V； UB3??0.7V；

UB5??17.3V

(2)静态时T5管集电极电流：

ICQ?VCC?UB1?1.66mA；

R2输入电压：uI?uB5??17.3V。

(3)若静态时iB1>iB3，

则应增大R2（调节R2可以改变 输出端的直流电压）。 图P9.5

(4)采用如图所示两只二极管加一个小阻值电阻合适，也可只用三只二极管。这样

一方面可使输出级晶体管工作在临界导通状态，可以消除交越失真；另一方面在交流通路中，Dl和D2管之间的动态电阻又比较小，可忽略不计，从而减小交流信号的损失。

9.6电路如图P9.5所示。在出现下列故障时，分别产生什么现象？ （1）R2开路； （2）D1开路； （3）R2短路； （4）T1集电极开路； （5）R3短路。 解：（1）R2开路：T1 、T2截止，T4可能因饱和而烧毁。 （2）D1开路：T3、T4都可能因饱和而先后被烧毁。

（3）R2短路：T2可能因饱和而被烧毁，负载电阻也不安全。

（4）T1集电极开路：T1 、T2构成的复合管的放大倍数β=β2，信号正半周放大不

足。

（5）R3短路：会出现交越失真。

9.7在图P9.5所示电路中，已知T2和T4管的饱和压降UCES=2V，静态时电源电流可以忽略不计。试问：

（1）负载上可能获得的最大输出功率Pom 和效率η各约为多少？

（2）T2和T4管的最大集电极电流、最大管压降和集电极最大功耗各约为多少？

解：（1）最大输出功率和效率分别为：

?VCC?U(VCC?UCES)2??? P， ??4Wom4VCC2RLCES?69.8%

（2）功放管的最大集电极电流、最大管压降、最大功耗分别为：

ICmax

2VCC?UCESVCC??0.5A；UCEmax?2VCC?UCES?34V；P?1W Tmax?0.2?RL2RL9.8为了稳定输出电压，减小非线性失真，请通过电阻Rf在图P9.5所示电路中引入合适的负反馈；并估算在电压放大倍数数值约为10的情况下，Rf的取值。

解：应引入电压并联负反馈， 由输出端经反馈电阻Rf接T5管基极， 如解图P9.8所示。

在深度负反馈情况下，电压放大倍数 Auf?RfuO?iFRf, ???uIiIR1R1∵Auf?10，R1?1k?

∴Rf?10k?。 解图P9.8

9.9在图P9.9所示电路中，已知VCC=15V，T1和T2管的饱和压降UCES=2V，输入电压

足够大。求解：

(1)最大不失真输出电压的有效值； (2)负载电阻RL上电流的最大值； (3)最大输出功率Pom和效率η。

解：(1)最大不失真输出电压的有效值

Uom?RL?(VCC?URL?R4CES)/2?8.6V 5(2)负载电流的最大值

iLmax?VCC?UCES?1.53A 图P9.9

RL?R42(3)最大输出功率和效率分别为： Pom??V?UU?9.3W5； ???CC4VCCRL2omCES?RL?????60.3%R?R?L4?

9.10在图P9.9所示电路中，R4和R5可起短路保护作用。试问：当输出因故障而短路时，

晶体管的最大集电极电流和功耗各为多少？

解：当输出短路时，功放管的最大集电极电流和功耗分别为

2VCC?UCESVCC?26A； P iCmax??45.W6。 Tmax?2R4?R49.11在图P9.11所示电路中，已知VCC=15V，T1和T2管的饱和压降UCES=1V，集成运放的最大输出电压幅值为±13V，二极管的导通电压为0.7V。

图P9.11

(1)若输入电压幅值足够大，则电路的最大输出功率为多少？

(2)为了提高输入电阻，稳定输出电压，且减小非线性失真，应引入哪种组态的交流负反馈？画出图来。

(3)若Ui=0.1V时，Uo=5V，则反馈网络中电阻的取值约为多少？

解：(1)输出电压幅值和

最大输出功率分别为uOmax?13V；

(uOmax/2)2Pom??10.6W。

RL(2)应引入电压串联负反馈，

电路如解图P9.11所示。

(3)在深度负反馈条件下，

电压放大倍数为 解图P9.11 Au?1?RfR1?Uo。∵Rl = 1kΩ，∴Rf =49kΩ。 ?50Ui9.12 OTL电路如图P9.12所示。

图P9.12 图P9.13

(1)为了使得最大不失真输出电压幅值最大，静态时T2和T4管的发射极电位应为多少？若不合适，则一般应调节哪个元件参数？

(2)若T2和T4管的饱和压降UCES=3V，输入电压足够大，则电路的最大输出功率Pom

和效率η各为多少？

(3)T2和T4管的ICM、U(BR)CEO和PCM应如何选择？

解：(1)射极电位UE =VCC / 2 =12V ；若不合适，则应调节R2。

(2)最大输出功率和效率分别为

11(VCC?UCES)2VCC?U??5.06W； ???2 Pom?212RL4VCC2CES ?58.9%(3)T2和T4管的ICM、U(BR)CEO和PCM的选择原则分别为

ICMVCC(VCC/2)2??1.5A； U(BR)CEO?VC?24V；PCM??1.82W。 2RL2RL9.13已知图P9.13所示电路中，T2和T4管的饱和压降UCES=2V，导通时的UBE=0.7V，

输入电压足够大。

(1)A、B、C、D点的静态电位各为多少？

(2) 若管压降UCE?3V，为使最大输出功率Pom不小于1.5W，则电源电压至少应取多少？

解：(1)静态电位分别为：

UA = 0.7V , UB = 9.3V , UC = 11.4V , UD = 10V

11(VCC?UCE)2(VCC?3)2?2?1.5W (2) 由Pom?22RL2?16得 ：VCC?19.9V

9.14 LM1877N -9为2 通道低频功率放大电路，单电源供电，最大不失真输出电压的峰峰值UOPP?(VCC?6)V，开环电压增益为70 dB。图P 9.14所示为LM1877N -9 中一个通道组成的实用电路，电源电压为24V , Cl ~C3对交流信号可视为短路；R3和C4起相位补偿作用，可以认为负载为8Ω。

图P9.14

(1)图示电路为那种功率放大电路？

(2)静态时uP 、uN 、u’O 、uO 各为多少？

(3)设输入电压足够大，电路的的最大输出功率Pom和效率η各为多少？

解：(1) 图示电路是OTL功率放大电路。

（2）静态时： uO?uP?uN?'VCC?12V； uO?0V。 2(3)最大输出功率和效率分别为：

VCC?62)?V?62?58.9%。 ?5.06W； ???CC Pom?4VCC2RL(9.15电路如图9.4.6所示，回答下列问题： (1)Au?Uo1?? Ui(2)若VCC =15V 时最大不失真输出电压的峰-峰值为27V，则电路的最大输出功率P om

和效率η各为多少？

(3)为了使负载获得最大输出功率，输入电压的有效值约为多少？

解：(1)电压放大倍数：Au?1?RfR1(?1?20?30.4 0.68UOPP2)22?11.4W

(2)最大输出功率为： Pom?RL 效率为： ???UOPP??70.6% 42VCC(3)输入电压有效值： Ui?UOPP?314mV 。

22Au

9.16 TDA1556 为2 通道BTL 电路，图P9.16 所示为TDA1556 中一个通道组成的实用电路。已知VCC=15V，放大器的最大输出电压幅值为13V 。

图P9.16

(1)为了使负载上得到的最大不失真输出电压幅值最大，基准电压UREF应为多少伏？静态时uol和uo2各为多少伏？

(2)若Ui足够大，则电路的最大输出功率Pom和效率η各为多少？

(3)若电路的电压放大倍数为20 ，则为了使负载获得最大输出功率，输入电压的有效值约为多少？

解：(1)基准电压：UREF=VCC/2=7.5V；静态时uol=uo2=7.5V

(2)最大输出功率和效率分别为：

2?UOmaxUo132max????68% P； ???21Wom4VCC2RL2?4(3)输入电压有效值：Ui?Uomax?0.46V 2Au

9.17 TDA1556 为2 通道BTL电路，图P9.17 所示为TDA1556 中一个通道组成的实用电路。已知VCC=15V，放大器的最大输出电压幅值为13V 。 （1）输入信号分别作用于A1、A2 的同相输入端还是反相输入端？若输入 电压为Ui，则A1、A2的输入各为多少？ (2)为了使负载上得到的最大不失真 输出电压幅值最大，基准电压UREF应为 多少伏？静态时uol和uo2各为多少伏？

(3)若Ui足够大，则电路的最大输出 功率Pom和效率η各为多少？

图P9.17

解：（1）输入信号分别作用于A1的同相端、A2的反相端，都为Ui。

（2）同题9.16(1)。

（3）同题9.16 (2)。

9.18 已知型号为TDA1521 、LM1877 和TDA1556 的电路形式和电源电压范围如表所示，它们的功放管的最小管压降UCEmin均为3V 。

型号 电路形式 电源电压 TDA1521 OCL ±7.5~±20V LM1877 OTL 6.0~24V TDA1556 BTL 6.0~18V

(1)设在负载电阻均相同的情况下，三种器件的最大输出功率均相同。已知OCL 电路的电源电压±VCC =±10V ，试问OTL 电路和BTL 电路的电源电压分别应取多少伏？

(2)设仅有一种电源，其值为15V ；负载电阻为32Ω。问三种器件的最大输出功率各为多少？

解：(1) OTL 电路应取VCC=20V , BTL 电路应取VCC=13V 。

(2) OTL 、OCL 和BTL 电路的最大输出功率分别为：

Pom(OTL)VCC?UCEmin)2?2?0.316W

2RL( Pom(OCL)(VCC?UCEmin)2??2.25W

2RL(VCC?2UCEmin)2??1.27W2RL

Pom(BTL)补充9.1 补图P9.1所示为两个带自举的功放电路。试分别说明输入信号正半周和负半周时功放管输出回路电流的通路，并指出哪些元件起自举作用。

(a) (b)

补图P9.1

解：在图(a)所示电路中，在信号的正半周，经共射电路反相，输出级的输入为负半周，因而T2导通，电流从C4 的正端经T2、地、扬声器至C4的负端；在信号的负半周，经共射电路反相，输出级的输入为正半周，因而T1导通，电流从＋VCC经T2、C4、扬声器至地。C2、R3 起自举作用。

在图(b)所示电路中，在信号的正半周，经共射电路反相，输出级的输入为负半周，因而T3导通，电流从＋VCC经扬声器、C2、T3至地；在信号的负半周，经共射电路反相，输出级的输入为正半周，因而T2导通，电流从C2的正端经扬声器、T2至C2的负端。C2、R2起自举作用。

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