《模拟电子线路》宋树详-第8章答案

第8章功率放大电路习题答案1．功率放大电路与电压放大电路有什么区别？解：功率放大电路是以输出功率为主的放大电路，一般用于多级放大电路的输出端，向负载提供较大的不失真功率。电压放大电路以放大信号的电压为主，虽然一般的电压放大电路和功率放大电路都完成了信号放大和能量转换的工作，但两者的技术性能指标、工作状态和分析方法都是不同的。电压放大电路使用小信号等效电路分析法，主要考虑电路的电压放大倍数、输入电阻和输出电阻等量，而功率放大电路的主要技术指标则是最大输出功率、效率、非线性失真等。从它的组成和分析方法，到其元器件的选择，都与小信号放大电路有着明显的区别。2．晶体管按工作状态可以分为哪几类？各有什么特点？解：可分为甲类、乙类、甲乙类和丙类等，甲类放大电路在输入信号的整个周期内都有电流流过晶体管（即导通角pq2=）；乙类放大电路的管子只在信号的半个周期内导通而另外半个周期内截止（即导通角pq=）；甲乙类放大电路在信号整个周期内，管子导通时间大于半个周期（即导通角pqp2）；丙类放大电路管子的导通周期小于半个周期（即导通角pq2），一般用于高频功率放大器和振荡器中，效率更高。3．乙类推挽功率放大器的交越失真指的是什么？产生原因何在？如何消除？答：当输入信号较小时，电路中的两个管子都截止，输出电流基本为零，出现一段“死区”，在两个管子交替工作区域出现了失真，称为交越失真。原因是晶体管是非线性器件，管子的Bi必须在BEu大于晶体管的“死区”电压（硅管约为0.5V，锗管约为0.1V）时才有显著变化。消除办法可以通过加静态偏置电压，使管子预导通。4．乙类推挽功率放大器的管耗何时最大？最大管耗值与最大输出功率间有何关系？管耗最大时输出功率是否也最大？答：当CComVU64.0≈时，管耗最大；maxmax2max12.0oTTPPP≈=；不是5.什么是热阻？如何估算和选择功率器件所用的散热装置？答：热阻表示热传输时所受到的阻力；散热计算公式为：CSjcDAjsaRRPTTR---=/)(6.填空(1)功率放大电路处于多级放大器的末级，其任务是向负载提供足够大的信号功率。(2)功率放大电路能高效率地把直流电源的能量按照输入信号的变化规律转化为交流电能并传送给负载。(3)为了使功率放大电路获得足够大的输出功率，要求功率放大管的输出电压和电流幅度足够大。因此，管子往往工作在接近极限的状态。(4)对功率放大电路的要求是输出功率尽可能大，效率尽可能高，非线性失真尽可能小。(5)功率放大电路工作时，功放管的集电结会消耗一部分功率，导致结温及管壳温度升高，为避免管子性能受到影响，应加装散热器以降低管壳温度。7.选择填空（将正确答案代号填入空格内）(1)功率放大电路最重要的指标是A。A．输出功率；B．输出电压的幅度；C．电压放大倍数(2)在下列三种功率放大电路中，效率最高的是B。A．甲类；B．乙类；C．甲乙类(3)给乙类推挽功率放大电路中的功放管设置适当的静态偏置，其目的是C。A．消除饱和失真；B．提高放大倍数；C．消除交越失真(4)在甲乙类功率放大电路中，功放管的导通角为B。A．180°；B．180°～360°；C．360°(5)负载电阻太大或太小时，采用C耦合方式的功率放大电路，可使负载获得最大输出功率。A．直接；B．阻容；C．变压器(6)乙类互补对称功率放大电路，欲输出功率达到20W时，则至少应选每管的耗散功率为A的管子作功放管。A．4W；B．8W；C．10W(7)要克服互补推挽功率放大器的交越失真，可采取的措施是D。A．增大输入信号B．设置较高的静态工作点C．提高直流电源电压D．基极设置一个小偏置，使UCEO克服三极管死区电压(8)OTL功放电路的结构是B。A．采用两组电源供电B．采用一组电源供电和输出电容配合C．采用两组电源供电和输出电容配合D．采用一组电源供电(9)OTL功率放大器中与负载串联的电容器的作用是B。A．增大输出电路的阻抗，提高效率B．在回路中起一个直流电源的作用C．与负载RL构成交流信号分压电路D．隔断直流通道，使输出端与输入端无直流关系(10)在变压器耦合单管功率放大器中，当电源电压UCC=20V时，晶体管可能承受的最高电压是C。A．输出电压的β倍B．等于电源电压C．40V8.判断下列说法是否正确（正确的在括号中画√，错误的画×）(1)顾名思义，功率放大电路有功率放大作用，电压放大电路只有电压放大作用而没有功率放大作用。(Χ)(2)在功率放大电路中，输出功率最大时功放管的管耗也最大。(Χ)(3)乙类互补对称功率放大电路的交越失真是由三极管输入特性的非线性引起的。(√)(4)在OTL功放电路中，若在输出端串连两个8Ω的喇叭，则输出功率将比在输出端接一个8Ω时要少一半。(√)(5)甲类单管功率放大器的效率低，其主要原因是静态工作点选在交流负载线的中点，使静态电流IC很大造成的。（√）(6)推挽功率放大器输入交流信号时，总有一只晶体管是截止的，所以输出波形必然失真。（Χ）(7)功率放大器的静态工作点要适当靠近PTM、ICM、U（BR）CEO这三个极限参数，但不能超出安全工作区。（√）(8)分析功率放大器时常采用图解法，而不是用微变等效电路法，这主要是因为电路工作在大信号状态，工作点的变化范围大，非线性失真较严重。（√）(9)要提高输出功率，就应尽可能扩大动态工作范围并实现阻抗匹配，因此工作点要尽可能靠近极限值，级间采用变压器耦合。（√）(10)收音机用功率放大器，若把音量开得小一些就能节省电池消耗。(√)9.功率放大电路如图8.20所示，已知电源电压VCC=VEE=6V，负载RL=4Ω。(1)说明电路名称及工作方式；(2)求理想情况下负载获得的最大不失真输出功率；(3)若UCES=2V，求电路的最大不失真功率；(4)选择功放管的参数ICM、PTm和U(BR)CEO。解：（1）乙类互补对称OCL功率放大电路（2）WRVPLCCo5.4426222max=×==（3）WRUVPLCESCCo242)26(2)(22max=×-=-=（4）ARVILCCCM5.146==≥WPPoTM9.05.42.02.0max=×=≥VVUCCCEOBR12622)(=×=≥10.OCL电路如图8.21所示，已知电源Vcc=VEE=12V，喇叭阻抗RL=8Ω。（1）说明电路的工作方式及VD1,VD2的作用；（2）求理想情况下最大不失真输出功率；（3）若三极管的饱和管压降UCES=2V，输入信号副度足够大，求电路的最大不失真输出功率及效率；（4）若输入信号电压ui=6sinωtV，则负载实际获得的输出功率为多少？（5）对功放管有何要求？图8.20习题9图+ui_+uo_T1T2图8.21习题10图+ui_+uo_VT1VT2VD1VD2解：（1）甲乙类，提供偏置电压、克服交越失真；（2）WRVPLCCo98212222max=×==（3）WRUVPLCESCCo25.682)212(2)(22max=×-=-=%4.6512)212(4)(4=-=-==pphCCCESCCVoVUVPP（4）WRUPLomO25.2826222=×==（5）ARVILCCCM5.1812==≥WPPoTM8.192.02.0max=×=≥VVUCCCEOBR241222)(=×=≥8.11如图8.21所示的电路中，VT1VT2的特性完全对称。试回答：（1）静态时，流过负载的电流和输出电压应当是多少？调整哪个电阻能满足这一要求？（2）动态时，若输出波形产生负半周期削顶失真，应调整哪个电阻？如何调节？（3）设Vcc=VEE=12V，R1=R3=200Ω，三极管的UBE=0.8V,β=50,PTm=100W,ICM=2A，静态时uo=0，若R2,D1,D2中任何一个开路，T1、T2管能否安全工作？为什么？答：（1）静态时，流过负载的电流和输出电压应当是0，调整R1或R3。（2）调整R2，增大。（3）VT1和VT2将被烧坏因为对于VT1：CMBCBECCBIAmAIImARUVI==×===-=-=8.228005650562008.012)(1111b所以VT1会被烧坏。同理分析VT2，也有CMCII2，所以VT1会被烧坏。8.12OTL功率放大电路如图8.22所示，VCC=24V，RL=8Ω，试求ui有效值为8V时：①电路的输出功率；②电源的供给功率；③电路的效率及每只管子的管耗。解：（1）WRUPLoo88822===（2）WRUVtdtiVPLoCCcCCV8.102)()(212120===∫pwpp（3）WPPPTVo4.1288.10%,74=-===h8.13射极跟随器电路如图8.23所示。已知三极管的β=60，rbe=500Ω，Re=200Ω。（1）试估算电路的输出电阻Ro。（2）若ui=102sinωt(V),输出电压有效值Uo为多大？设RL=300Ω。（3）设T处于放大状态，那么RL取何值时，电路的输出电压为开路时的一半？解：（1）Ω=+=9.7)1//(bbeeorRR图8.23习题3图+ui_+uo_图8.22习题2图+ui_+uo_RLVT1VT2(2)VRRrUULobeio4.9)//)(1(≈+=b(3)Ω==9.7oLRR8.14射极跟随器作为输出级驱动负载，在输入信号过小或过大时会出现什么情况？通常可采取什么办法解决？解：若信号过小，在正负半轴交界处会出现失真，可以通过调整表态工作点的方法来解决；当信号过大时，会出现峰值失真，可以采用推挽电路及提高电源电压的方法解决。8.15如题图8.24所示电路为OTL互补对称式输出电路。（1）在图中标明T1、T2管的类型（2）简述电路具有双向跟随的作用。（3）在图示ui的作用下，定性的画出输出u。的波形。解：（1）如图中所标：VT1为NPN管，VT2为PNP管（2）ui为正半周时，VT1导通，VT2截止，VCC经VT1对电容C充电；ui为负半周时，VT2导通，VT1截止，电容C经VT2放电；（3）略8.16上题电路中，若电容C足够大，其上电压可忽略，RL=12Ω。（1）试估算VCC=+18V，UCES=2V时电路最大输出功率。（2）若要求最大输出功率Pom=4W，电源电压VCC应为多大？设功率管饱和压降UCES仍为2V。0图8.24+ui_+uo_+ui_+uo_图8.25解：（1）WRUVPLCESCCo04.22)21(2max=-=（2）WRUVPLCESCCo42)21(2max=-=由容易求得)24(6.23VVVCC取≥8.17互补对称功放电路如图8.25所示，已知ui=52sinωt(V),VT1、VT2管饱和压降UCES=0V。(1)定性画出uo端波形。(2)负载RL上输出功率Po约为多大？(3)输入信号ui足够大时，电路能达到的最大输出功率Pom为多大？解：（1）略（2）WRURUPLiLoo1.385222==≈=（3）WRVPLCCo1.522≈=8.18OCL互补功放电路如图8.26所示。已知ui=102sinωt(V)，T1、T2管饱和压降UCES≈0V。（1）负载RL上输出功率Po；（2）电源提供的功率PV；（3）三极管的总的管耗PTm。解：（1）WRURUPLiLoo25.61610222==≈=图8.26+ui_+uo_（2）WRUVtdtiVPLoCCcCCV1022)()(2120===∫pwpp（3）PTm=PV-Po=10-6.25=3.75W8.19电路同题图8.18，在输入信号足够大时试计算：(1)RL上最大不失真的输出功率Pom;(2)电源的功率PV；(3)三极管的总的管耗PT。解：（1）WRVPLCCom1.1022==（2）WRVtdtiVPLCCcCCV9.212)()(21220===∫pwpp（3）PT=PV-Pom=12.9-10.1=2.8W8.20电路同题图8.18，ui为正弦输入，RL=8Ω。在下述情况下，分别确定VCC应为多大？(1)T1、T2管饱和压降设为0V，Pom=10W；(2)T1、T2管饱和压降UCES≈2V