第7章功率放大电路习题与解答

习 题

1. 选择题。

(1)功率放大电路的转换效率是指 。 A．输出功率与晶体管所消耗的功率之比 B．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 (2)乙类功率放大电路的输出电压信号波形存在 。 A．饱和失真 B．交越失真 C．截止失真

(3)乙类双电源互补对称功率放大电路中，若最大输出功率为2W，则电路中功放管的集电极最大功耗约为 。

A．0.1W B．0.4W C．0.2W

(4)在选择功放电路中的晶体管时，应当特别注意的参数有 。

A．β B．ICM C．ICBO D．U(BR)CEO E．PCM (5)乙类双电源互补对称功率放大电路的转换效率理论上最高可达到 。 A．25% B．50% C．78.5%

(6)乙类互补功放电路中的交越失真，实质上就是 。 A. 线性失真 B. 饱和失真 C. 截止失真 (7) 功放电路的能量转换效率主要与 有关。

A. 电源供给的直流功率 B. 电路输出信号最大功率 C. 电路的类型 解：(1)B (2)B (3)B (4)B D E (5)C (6)C (7)C

2. 如图7.19所示电路中，设BJT的β=100，UBE=0.7V，UCES=0.5V，ICEO=0，电容C对交流可视为短路。输入信号ui为正弦波。

(1)计算电路可能达到的最大不失真输出功率Pom？ (2)此时RB应调节到什么数值？ (3)此时电路的效率η=？

?12VQ iC RBui?RL8ΩuoTO UCES Uom UOQ VCC uO C 图7.19 题2图

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解题2图 解：(1)先求输出信号的最大不失真幅值。由解题2图可知：uO?UOQ?Uomsinωt 由UOQ?Uom?VCC与UOQ?Uom?UCES可知：

2Uom?VCC?UCES即有Uom?VCC?UCES 2因此，最大不失真输出功率Pom为：

?UomPom????2?1?VCC?UCES?1???2.07W ?R?88?L22(2)当输出信号达到最大幅值时，电路静态值为： UOQ?所以 ICQIBQVCC?UCES1?UCES??VCC?UCES? 22V?UOQVCC?UCES12?0.5?CC???0.72A

RL2RL2?8I?CQ?7.2mA ?VCC?UBE12?0.7??1.57kΩ IBQ7.2RB?(3) ??PomP2.07?om??100%?24% PVVCCICQ12?0.72甲类功率放大电路的效率很低。

3. 一双电源互补对称功率放大电路如图7.20所示，已知VCC=12V, RL=8Ω，ui为正弦波。 (1)在BJT的饱和压降UCES=0的条件下，负载上可能得到的最大输出功率Pom为多少？每个管子允许的管耗PCM至少应为多少？每个管子的耐压│U(BR)CEO│至少应大于多少？

(2)当输出功率达到最大时，电源供给的功率PV为多少？当输出功率最大时的输入电压有效值应为多大？

解：(1)功率放大电路静态时UO=0。在BJT的饱和压降UCES=0的条件下，则有Uom=VCC，因此，

22UomVCC122Pom????9W

2RL2RL2?8每个管子允许的管耗PCM≥0.2 Pom=0.2×9=1.8W

每个管子承受的最大电压为2VCC，所以每个管子的耐压│U(BR)CEO│≥2VCC=24V (2)当输出功率达到最大时，电源供给的功率PV

22VCC(VCC?UCES)2VCCPV???11.46W

πRLπRL当输出功率最大时的输入电压幅值Uim?VCC?12V。 则有效值为 Ui?Uim2?8.49V

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?VCC?VCCR1D1?T1?T1??uiT2RL?uoui?D2T2R2?RLuo??VCC图7.20 题3、4图 图7.21 题5图

?VCC

4. 电路如图7.20所示，已知VCC=15V, RL=16Ω，ui为正弦波。

(1)在输入信号Ui=8V（有效值）时，电路的输出功率、管耗、直流电源供给的功率和效率？ (2)当输入信号幅值Uim=VCC =15V时，电路的输出功率、管耗、直流电源供给的功率和效率？ (3)当输入信号幅值Uim=VCC =20V时，电路的输出会发生什么现象？ 解：(1)在输入信号Ui=8V（有效值）时,输出信号的振幅Uom?82V，则

2Uom电路的输出功率为 Po??4W

2RL电路的两个晶体管管耗相等，总管耗为

22VCCUomUomPT=??2.75W

πRL2RL2VU直流电源供给的功率 PV?CCom?6.75W

πRLPπU电路的效率 ?=o??om?59.2%

PV4VCC(2)在输入信号幅值Uim=VCC =15V时，输出信号的振幅亦可达到Uom?15V，接近电源电压。电路的输出功率可以达到最大值。

U电路的输出功率为 Po?om?7.03W

2RL2电路的两个晶体管管耗相等，总管耗为

22VCCUomUomPT=??1.93W

πRL2RL2VU直流电源供给的功率 PV?CCom?8.96W

πRLPπU电路的效率 ?=o??om?78.5%

PV4VCC(3)当输入信号幅值Uim=VCC =20V时，电路的输出会发生失真。

5. 在图7.21所示电路中，已知VCC＝16V，RL＝4Ω，T1和T2管的饱和管压降│UCES│＝2V，输入电压足够大。

(1)最大输出功率Pom和效率η各为多少？

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(2)晶体管的最大功耗PTmax为多少？ 解：(1)最大输出功率Pom为

Pom ?(VCC?UCES)22RL ?24.5W

效率η为

?=(2)每个晶体管的最大功耗PTmax为

PTmaxPoπUomπVCC?UCES?????68.69% PV4VCC4VCC2VCC2?2?2Pom?0.2Pom?4.9W πRLπ6. 在图7.22所示电路中，已知VCC＝15V，T1和T2管的饱和管压降│UCES│＝2V，输入电压足够大。

(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？

?VCCR1T1R3?R4R50.5?uiD1D2R20.5?8?T2??RLuo??VCC

图7.22 题6图

解：(1) 最大不失真输出电压有效值为

RL?(VCC?UCES)R4?RL Uo??8.65V

2(2)负载电流最大值

iLmax?VCC?UCES?1.53A

R4?RL(3)最大输出功率和效率分别为

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2UomUo2Pom???9.35W2RLRLπV?UCES?UR4???CC?64%4VCC

7. 一带前置推动级的甲乙类双电源互补对称功放电路如图7.23所示，图中VCC=20V，RL=8Ω，T1和T2管的│UCES│＝2V。

(1)当T3管输出信号Uo3=10V（有效值）时，计算电路的输出功率、管耗、直流电源供给的功率和效率？

(2)计算该电路的最大不失真输出功率、效率和达到最大不失真输出时所需Uo3的有效值？

?VCCRCRBuo3uiD1D2T2T3RLT1uo?VCC图7.23 题7图

解：(1)该电路由两级放大电路组成，其中T3管电路为推动级，T1与T2管组成互补对称功放电

路。T3管的输出信号Uo3 就是功放电路的输入信号电压。故当Uo3=10V（有效值）时，电路的输出功率为：

UoUo3102Po????12.5WRLRL822

直流电源供给的功率为：

PV?2VCCUom2?20?2?10??22.5W πRL3.14?8总管耗为： PT?PV?Po?10W 效率为：

Po12.5??100%?55.6% PV22.5?=(2)该电路的最大不失真输出功率为：

Pom ?(VCC?UCES)22RL ?20.25W

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直流电源供给的功率为：

PV?2VCCUom2VCC(VCC?UCES)??28.66W

πRLπRL效率为：

?=所需的Uo3的有效值为：

Po20.25??100%?70.7% PV28.66Uo3?Uom2?VCC?UCES2?12.73V

8. 一乙类单电源互补对称（OTL）电路如图7.24(a)所示，设T1和T2的特性完全对称，ui为正弦波，RL =8Ω

(1)静态时，电容C两端的电压应是多少？

(2)若管子的饱和压降UCES可以忽略不计。忽略交越失真，当最大不失真输出功率可达到9W时,电源电压VCC至少应为多少？

(3)为了消除该电路的交越失真，电路修改为图7.24(b)所示,若此修改电路实际运行中还存在交越失真，应调整哪一个电阻？如何调？

?VCC?VCCT1?C1?R1?T1R3D1D2R2T2C?2?C??RLuo?uiui?T2RLuo??

(a) (b)

图7.24 题8图

解：(1)静态时，电容C两端的电压应是VCC/2。

(2)若管子的饱和压降UCES可以忽略不计。忽略交越失真，最大不失真输出功率为

22UomVCCPom? ?

2RL8RL当最大不失真输出功率Pom达到9W时,电源至少应为 VCC =24V。

(3)图7.24(b)所示,若此修改电路在实际运行中还存在交越失真，应调整电阻R3,使该电阻增大，从而消除交越失真。

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9. 在图7.25所示电路中，已知VCC＝15V，T1和T2管的饱和管压降│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。 (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？在电路中画出反馈电路。

(3)若Ui＝0.1V时，Uo＝5V，则反馈网络中电阻的取值约为多少？

?VCCR1?uiR3R42kΩ???AD1D2T1?T2R2RLuo8Ω??VCC

图7.25 题9图

解：(1)输出电压幅值和最大输出功率分别为

uOmax?13V

(uOmax2)2Pom??10.6WRL(2)应引入电压串联负反馈，电路如解题9图所示。

?VCCR1?uiR3R42kΩ???AD1D2T1?T2R2RLu8Ωo?Rf解题9图

?VCC

(3)在深度负反馈条件下，电压放大倍数为

????Uo?1?Rf A??Uo?50 Auu??UR4UiiR4?2k? ， 所以Rf?98k?。

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10. 某电路的输出级如图7.26所示。试分析

(1)R3、R4和T3电路组合有什么作用？(2)电路中引入D1、D2的作用？

?VCCIT1R3D1T3R4D2R1uoR2T2uiT4?VCC图7.26 题10图

解：(1)R3、R4和T3组成“UBE扩大电路”，用以消除交越失真。由图可知：

URUCE3?UBE3?BE3R3?(1?3)UBE3

R4R4调节R3/R4的值，可以改变UCE3的值。若电路出现交越失真，增大R3/R4（UCE3）的值，

使输出管在静态时处于微导通，便可消除信号在零点附近的交越失真现象。 (2)当电路输出电流过大时，D1、D2可起到过载保护作用。其工作原理如下：

IE1 ↑→UR1↑→UO↓→D1导通→IB1↓→IE1↓； IE2 ↑→UR2↑→UO↑→D2导通→IB2↓→IE2↓。 11. 一个简易手提式小型扩音机的输出级如图7.27所示。

(1)试计算负载上输出功率和扩音机效率？(2)验算功率BJT3AD1的定额是否超过？ 提示：

(1)电路基本上工作在乙类，Tr2内阻可忽略，变压器效率为0.8。管子3AD1的│U(BR)CEO│=30V，ICM =1.5A，PCM =1W（加散热片150×150×3mm3时为8W）。 (2)此题的等效交流负载电阻

?N1RL'???N?2???RL ?2(3)可参考双电源互补对称功放的有关计算公式算出BJT集电极输出功率，再乘以变压器就是负载RL上的输出功率。

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-12VRB1680ΩTr2ui??N1??RL?12?8?8? 解：(1) R???N??2?21VCC1122POC????9W '2RL28'LPO?POC??T?9?80%?7.2W

22VCCPV??11.46W 'πRL??

(2) 最大集电极电流为： ICM?每管的最大反压降为： VCEmax?2VCC?24V

1?PV?POC??1.23W 2由上分析计算结果可知：3AD1的定额未超过，可以使用。

每管的功耗为： PT1?PT2?12. 2030集成功率放大器的一种应用电路如图7.28所示，双电源供电，电源电压为正负15V，假定其输出级BJT的饱和压降UCES可以忽略不计，ui为正弦电压。 (1)指出该电路属于OTL还是OCL电路？ (2)求理想情况下最大输出功率Pom？ (3)求电路输出级的效率η？

? T2N1100RB210Ω

图7.27 题11图

2PO?62.8% PVVCC?1.5A 'RL- 9 -

TrlT1N1100 N 2 100 RL8ΩuiC110μF?20kΩ?R1?2030?R3RL8Ω?uo?100μFC2

20kΩ1kΩR2

图7.28 题12图

解：(1) 该电路属于OCL电路。 (2)

UVPom?om?CC?14.06W2RL2RL2VCCPV??17.9W?RL222

(3)

??Pom14.06??100%?78.5% PV17.9

13. 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70dB。图7.29所示为LM1877N－9中一个通道组成的实用电路，电源电压为24V，C1～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。

(1)静态时uP、uN、uO各为多少？

(2)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？

C1??R1510Ω100kΩN1?2LM187710μFuiu'0R3C4?C5u0C20.1μFC3?P?R21MΩ500μF2.7Ω0.1μF8Ω?50μF图7.29 题13图

解：(1)静态时

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' uO?uP?uN?VCC?12V uO?0V 2(2)最大输出功率和效率分别为

VCC?62)2Pom??5.06W2R LπV?6???CC?58.9%4VCC(- 11 -

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