南郵模擬電子-功率放大電路習題答案

1、習題1. 設 2AX81 的 IcM=200mA, Pcm =200mW, U(br)ceo=15V ； 3AD6 的 Pcm=10W (力口散 熱板)，Icm=2A, U(br)ceo=24V。求它們在變壓器耦合單管甲類功放中的最佳交流負載電阻 值。解：當靜態(tài)工作點 Q確定后，適當選取交流負載電阻值RL，使Q點位于交流負載線位于放大區(qū)部分的中點，則可輸出最大不失真功率，此時的RL稱為最佳交流負載電阻。忽略三極管的飽和壓降和截止區(qū)，則有 Ucc I cQ RL。同時應滿足以下限制:U cc I cqPcM , u ccu(br)ceo，I cqI cmo 對 2AX81 而言，應滿足 Ucc

2、IcQ 200mW , ucc 7.5V, I cQ 100mA。取cc CQCCCQucc ICQ 200mW o 7.5當 Ucc 7.5V 時，IcQ 26.7mA ,此時 Rl 最大，Rg) 0.28k26.72當IcQ 100mA, Ucc 2V時，此時Rl最小，& 一 0.02k；)100故最佳交流負載電阻值 Rl為：0.02k 0.28k 。(2)對 3AD6 而言，應滿足 ucc ICQ 10W , ucc 12V , ICQ 1A。取CC CQCCCQUcc ICQ 10W。12當 Ucc 12V 時，ICQ 0.83A ,此時 Rl 最大，RLg) 14.46 ;)0.83

3、 10當 ICQ 1A 時，Ucc 10V,此時 Rl 最小，RL(min)彳 10 ；故最佳交流負載電阻值 RL為：10 14.46 。2.圖題8-2為理想乙類互補推挽功放電路，設Ucc=15V,Uee=15V,RL=4Q,UcE(sat)=0,輸入為正弦信號。試求(1)輸出信號的最大功率；(2)輸出最大信號功率時電源的功率、集電極功耗(單管)和效率；(3)每個晶體管的最大耗散功率PTm是多少？在此條件下的效率是多少？解：(1)Pomi uCc2 Rl(2)PEm2UccU cc欣Pt2(PePo)9 UccEE圖題8-21 1522 728.13W7t152435.83W(35.83 28

4、.13) 3.85W,78.5%4(3) FTm0.2Pom0.2 28.135.63W,2 50%44 幾3.電路如圖題8-2所示，設Ucc=12V, Uee=12V, Rl為8的揚聲器，輸入充分激 勵時可得最大不失真的輸出功率。計算Pom;(2)如再并上一個8的揚聲器，輸出功率有什么變化？(3)在電源電壓不變的條件下，能否使每個揚聲器發(fā)出和原來一樣大小的聲音?解：(1)PomlUk2 Rl1229WPom1Uk2 Rl122418W ,輸出功率變?yōu)樵瓉淼?2倍。(3)在電源電壓不變的條件下，每個揚聲器獲得的功率不變，發(fā)出和原來一樣大小的尸日。4.互補推挽功放電路如圖題8-4所示，其中負載電

5、流iL=0.45cosQt(A),如忽略 R6和R7的影響，試求(1)負載上獲得的功率 P。；(2)電源供給的平均功率Pe；(3)每管的管耗Pt；(4)每管的最大管耗PTm；(5)放大器效率1 2解： Po2 I Lm Rl圖題8-4120.4535 3.54W2/c、ILm 35(2) PE2 0.5UCC -Lm- 0.45 5.02W冗冗/、11(3) PT-(PE Po) (5.02 3.54) 0.74W22/、1 (0.5UCC )2(0.5 35)2(4) P500.2 CC0.1 0.88W2Rl35(5)Po3.54PE5.0270.5%5.單管甲類功放電路如圖題8-5所示，

6、輸出變壓器的匝比n=3,其初級直流電阻二10 次級直流電阻r2=1 采用 3AX61 管(參數為ICM=500mA, PCM=500mW ,U(br)ceo=30V , 3=80),忽略UCE(sat)。調節(jié)上偏電阻 Rb1可使Rl獲得最大不失真輸出功率為 多少？圖題8-5解：由題意知:Rln2(RL9 (8 1) 10 91U CEQU CCI CQ ( r1Re)6 20 Icq當Q點位于交流負載線位于放大區(qū)部分的中點時，可輸出最大不失真功率。所以,U CEQ I CQ RL ,即 6 20 %q91I cq 解得 ICQ 0.054A 54mA, UCEQ 4.91V人-1 ,1Rl獲得

7、最大不失真輸出功率為P。 ,UceqIcq - 4.91 0.054 0.13W2 .n R72Rl獲得最大不失真輸出功率為PoPoL 0.13 -72 0.10W。o o RL916 .變壓器耦合單管甲類功放電路如圖題8-5所示，設Ucc=12V , Ucq=12V , IcQ=0.5mA ,1電路的最大輸出功率 Pom -UccICQ (理想情況)。(1)如把電源電壓 Ucc提高一倍，而保持Icq和其它條件不變，輸出功率如何變化？(2)如提高Icq,其它條件不變，輸出功率又如何變化？解：發(fā)射極電阻(10Q)和變壓器初級線圈的直流損耗一般很小，忽略不計，則直流負載線是與橫坐標垂直的直線，此時

8、 Uceq Ucc 12V。等效的交流負載電阻用RL表示。211 U1 O當電路輸出最大功率 UccIcq時，滿足UceqI cqRl ,故Pom 2奇 萬鳥E。(1)如把電源電壓 Ucc提高一倍，而保持工作點和其它條件不變，導致 Uceq加倍，但最大不失真輸出電壓振幅仍為I CQ RL ,最大不失真輸出電流振幅仍為Icq ,故輸出功率不變。(2)如提高Icq,其它條件不變，則 Uceq不變，最大不失真輸出電壓振幅仍為Ucc ,最大不失真輸出電流振幅仍為現，故輸出功率不變。Rl7 .電路如圖題8-7所示，試問(1)靜態(tài)時，A點電位等于多少？電容器C2兩端電壓為多少？調整哪個電阻才能達到上述要求

9、？(2)如 Vi 和 V2 的 |cM=200mA, Pcm =200mW, U(br)ceo=24V ,晶體管的飽和壓降為 0.5V, 電路的最大輸出功率為多少？(3)如晶體管的3=50,當二極管開路時將產生什么后果？(4)動態(tài)時，若輸出電壓波形出現交越失真，應調整哪個電阻？如何調整？U CCR1 C1 + 一Ui_1KQ+12VR3品VD黨VDR2CV1+ C2MH1KQ+ uoRl16Q 工一解：(1)靜態(tài)時，A點電位等于能達到上述要求。(2)Pom12(UCC Uces)22Rl核算:PCm0.22 (0.5UCC)22Rl0.2圖題8-76V,1.125電容器 C2兩端電壓為 6V,

10、調整電阻 R1、 R3-2(6 0.5)W 0.945W160.225(W) 300mWUCC12VU BR(CEO) 24V1 cmUomRL5.5A 344mA16200mA由此可見:最大輸出功率受器件Icm的限制不能得0.945W,應為1212POm 21 cm Rl2 (0.2)16W320mWBQ1 1BQ2UCR2UT mA5.4mAIcq1 Icq2 I BQ 80 5.4mA432mA Icm 200mA1Pc- UCC I CQ21300mW12 0.432W2.592W2由上計算可看出，當二極管開路時會造成功放管V1和V2的損壞。(4)動態(tài)時，若輸出電壓波形出現交越失真，應

11、調整電阻R2,增大R2的阻值，使功放管的靜態(tài)偏置電壓 U BEQ升高。8 .功放電路如圖題 8-8所示，試問(1)指出電路中的反饋通路，并判斷反饋組態(tài)；(2)估算電路在深度負反饋時的閉環(huán)電壓增益；(3)設晶體管的飽和壓降為0.5V ,電路的最大輸出功率為多少？晶體管的參數Icm、Pcm、U(BR)CEO如何選??？(4)如要求輸出電壓 Uom=8V,輸入信號 Uim=?100k Q圖題8-8(1)100kQ 1 kQ電阻構成了互補乙類功放電路和運放構成的同相比例放大器之間的反 饋通路。引入了級間電壓串聯(lián)負反饋。(2)Uf1U100 1o ,根據Ui Uf ,所以得AufUoUi100 1 101

12、(3) Pm1U2m2 Rl221 (Ucc UcE(sat)1 (9 0.5)22RL284.52W晶體管的參數應滿足如下條件:PCM0.2Pom0.2 4.52 0.90WI CMU om U CC U CE(sat)RLRL8.51.06A18 0.5 17.5V圖題8-9U (BR)CEO 2U CC U CE(sat)(4)因為 Auf101,Uom 8V ,所以 Uim Um V 79.2mVAuf1019 .圖題8-9所示三種甲類功放的輸出電路，晶體管和Ucc相同，飽和壓降和穿透電流均為0,圖(c)中的變壓器效率為1。比較三種電路中哪種電路的輸出功率最大？哪種電路的 效率最低？

13、( Ci、C、C2為耦合電容，設輸入激勵充分)解：(1)題圖(a):RlRc / Rl5k QU CEQI CQ RLUCC I CQ RC, ICQU CCRcRlU CC10 5% mA151 22ICQ Rl1 UA2152題圖(b):RlRcRl5k QU CEQ I CQ RLUCC I CQ RC, ICQUCCCCRcRlUCCCC5 5UCCCCmA10 21 _10 0.022UccmW（ Rl得到的是 2Pa）1 2PobICQ Rl2Ucc10225 0.025UccmW（ Rl得至是 POb）題圖(c)：RL 5k QU CEQI CQ RLUcc , I CQU CC

14、U CC5UCmA51Poc2iCqRl1 UA25225 0.1UccmW（ Rl得到的是 P）由以上計算可見,雖然這三種電路的等效交流負載電阻都為5k Q,(c)電路的輸出功率最大。(2)題圖(a)：PeU CC I CQUCCCCU CCUCCCC1515Po0.011UCC0.011UCC0.165OCCCC_2PePeUCc15題圖(b)：PeU CC I CQUCCCCUCCCCUCCCC1010220.25Po0.011UCc0.025UCCPe PeUCc10題圖(c)：PeU cc I cq U ccPoPeo.iuCcPe . . 2U CCU CC5- -V0.1UCC

15、cl產 0.5uCc CCV5kQ,但圖(a)電路的效率由以上計算可見，雖然這三種電路的等效交流負載電阻都為 最低。10 . OCL功放電路如圖題 8-10所示，輸入電壓為正弦波信號。已知當輸入信號幅度達 到最大時，V 3 V4管的最小壓降UCE(min) = 2V。(1)求V3、V4管承受的最大電壓UCE(max)；(2)求V3、V4管流過的最大集電極電流iC(max)；(3)求V3、V4每個管子的最大管耗PTm；若R3、R4上的電壓及 V3、V4的最小管壓降UCE(min)忽略不計，則V3、V4管的參數I CM、 Pcm、U (br)ceo應如何選擇？圖題8-10解：(1)V3、V4管承受

16、的最大電壓UCE(max)UCE(max) 2U CCUCE(min)R4R4Rl(UCC UCE(min) )300.5213 27.2V8.5(2)V 3、V 3、V4 管流過的最大集電極電流iC(max)=(UcC- UCE(min) )/(R3 + Rl) =13/8.5=1.53A 。V4每個管子的最大管耗PTmPTm1 uCc0.2C0.21 1522 R3Rl2 8.52.65W若R3、R4上的電壓及 V3、V4的最小管壓降UCE(min)忽略不計，則V3、V4管的參數I CM、Pcm、U(br)ceo 如下：Ucc 15ICMCC - 1.88A ,CM R8PCm0.21 u

17、Cc CC 0.22 Rl1 1522 82.81W,U (BR)CEO2U CC 30VCC11 . OTL和OCL功放電路效率都較高，但電源的利用率較低，當電源電壓分別為Ucc和土 Ucc時，負載上獲得的最大電壓分別為Ucc/2和Ucc。若采用由兩組互補推挽電路組成橋式推挽電路(BTL:Balanced Transformer Less),則負載上得到的最大電壓可增大一倍。圖題8-11所示為單電源BTL電路，V1V4特性相同，靜態(tài)時，Ua= ub=Ucc/2, uo=0。動態(tài) 時，外加信號U1和U2極性相反。試證明在理想情況下 (UCE(sat)=0) , uo的峰值電壓可達 UCC,2

18、輸出最大功率為 0.5UCC/RL。圖題8-11解：為清晰起見，圖題 8-11中未畫出左、右兩輸入信號中的直流成分0.5 Ucc，但在以下分析過程中，必須考慮這一點。當U1處于正半周時，U2處于負半周，則 V1、V4導通，V2、V3截止。由于UcE(sat)=0,則Rl左端電位最大值為 Ucc, Rl右端電位最小值為 0,故Rl 兩端的電壓最大值可達Ucc同理，當u1處于負半周時，U2處于正半周，則 Vi、V4截止，V2、V3導通。RL兩端的電 壓最小彳1可達-Ucc。故Rl兩端的電壓為一完整的正弦波，uo的峰值電壓可達Ucc,輸出最大功率為.20.5Ucc / Rl。12 . OCL功放電路如圖題 8-12所示，分析電路回答下列問題。13 ) V4、R4、R5在電路中起什么作用？(2)若要穩(wěn)定電路的輸出電壓，應引入何種組態(tài)的負反饋？試在圖上畫出反饋支路；(3)若要求電路輸入信號幅度 Um=140mV時，負載Rl獲得最大不失真輸出功率