第九章 功率放大电路

自  测  题

    一、选择合适的答案，填入空内。只需填入A、B或C。

    （1）功率放大电路的zui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，负载上可能获得的zui大     。

        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     。

        A．输出功率与晶体管所消耗的功率之比

        B．zui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OCL乙类功放电路中，若zui大输出功率为1W，则电路中功放管的集电极zui大功耗约为     。

        A．1W          B．0.5W         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．I_CM          C．I_CBO

        D．BU_CEO        E．P_CM          F．f_T

（5）若图T9.1所示电路中晶体管饱和管压降的数值为│U_CES│，则zui大输出功率P_OM。

图T9.1

    解：（1）A   （2）B   （3）C   （4）B  D  E   （5）C

    二、电路如图T9.2所示，已知T₁和T₂的饱和管压降│U_CES│＝2V，直流功耗可忽略不计。

图T9.2

     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zui大输出功率P_om和电路的转换效率η各为多少？

    （3）设zui大输入电压的有效值为1V。为了使电路的zui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）zui大输出功率和效率分别为

    （3）电压放大倍数为

R₁＝1kΩ，故R₅至少应取10.3 kΩ。

习     题

    9.1 分析下列说法是否正确，凡对者在括号内打“√”，凡错者在括号内打“×”。

    （1）在功率放大电路中，输出功率愈大，功放管的功耗愈大。（  ）

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

    （3）当OCL电路的zui大输出功率为1W时，功放管的集电极zui大耗散功率应大于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zui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。（  ）

解：（1）×   （2）√   （3）×   （4）×  ×  √

（5）×  ×  √  √   （6）×  √  √

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

图P9.2

    （1）电路中D₁和D₂管的作用是消除     。

         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U_EQ      。

         A．＞0V              B．＝0V         C．＜0V

    （3）zui大输出功率P_OM      。

        A．≈28W              B．＝18W        C．＝9W

    （4）当输入为正弦波时，若R₁虚焊，即开路，则输出电压      。

        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．可能因功耗过大烧坏   B．始终饱和      C．始终截止

解：（1）C   （2）B   （3）C   （4）C   （5）A

  9.3 在图P9.2所示电路中，已知V_CC＝16V，R_L＝4Ω，T₁和T₂管的饱和管压降│U_CES│＝2V，输入电压足够大。试问：

    （1）zui大输出功率P_om和效率η各为多少？

    （2）晶体管的zui大功耗P_Tmax为多少？

    （3）为了使输出功率达到P_om，输入电压的有效值约为多少？

    解：（1）zui大输出功率和效率分别为

（2）晶体管的zui大功耗

（3）输出功率为P_om时的输入电压有效值

9.4 在图P9.4所示电路中，已知二极管的导通电压U_D＝0.7V，晶体管导通时的│U_BE│＝0.7V，T₂和T₄管发射极静态电位U_EQ＝0V。

  试问：

    （1）T₁、T₃和T₅管基极的静态电位各为多少？

    （2）设R₂＝10kΩ，R₃＝100Ω。若T₁和T₃管基极的静态电流可忽略不计，则T₅管集电极静态电流为多少？静态时u_I＝？

    （3）若静态时i_B1＞i_B3，则应调节哪个参数可使i_B1＝i_B2？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zui合适？为什么？

解：（1）T₁、T₃和T₅管基极的静态电位分别为

            U_B1＝1.4V  U_B3＝－0.7V  U_B5＝－17.3V

    （2）静态时T₅管集电极电流和输入电压分别为

   （3）若静态时i_B1＞i_B3，则应增大R₃。

    （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，D₁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。

    9.5 在图P9.4所示电路中，已知T₂和T₄管的饱和管压降│U_CES│＝2V，静态时电源电流可忽略不计。试问负载上可能获得的zui大输出功率P_om和效率η各为多少？

    解：zui大输出功率和效率分别为

  9.6 为了稳定输出电压，减小非线性失真，请通过电阻R_f在图P9.4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，R_F的取值。

  解：应引入电压并联负反馈，由输出端经反馈电阻R_f接T₅管基极，如解图P9.6所示。

R₁＝1 kΩ，所以R_f ≈10 kΩ。

  9.7 估算图P9.4所示电路T₂和T₄管的zui大集电极电流、zui大管压降和集电极zui大功耗。

    解：功放管的zui大集电极电流、zui大管压降、zui大功耗分别为

  9.8 在图P9.8所示电路中，已知V_CC＝15V，T₁和T₂管的饱和管压降│U_CES│＝2V，输入电压足够大。求解：

    （1）zui大不失真输出电压的有效值；

    （2）负载电阻R_L上电流的zui大值；

    （3）zui大输出功率P_om和效率η。

    解：（1）zui大不失真输出电压有效值

    （2）负载电流zui大

        图P9.8             （3）zui大输出功率和效率分别为

9.9 在图P9.8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zui大集电极电流和功耗各为多少？

    解：当输出短路时，功放管的zui大集电极电流和功耗分别为

       9.10 在图P9.10所示电路中，已知V_CC＝15V，T₁和T₂管的饱和管压降│U_CES│＝1V，集成运放的zui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zui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U_i＝0.1V时，U_o＝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zui大输出功率分别为

         （2）应引入电压串联负反馈，电路如解图P9.10所示。

解图P9.10

（3）在深度负反馈条件下，电压放大倍数为

R₁＝1 kΩ，所以R_f ≈49 kΩ。

9.11 OTL电路如图P9.11所示。

图P9.11

    （1）为了使得zui大不失真输出电压幅值zui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管的饱和管压降│U_CES│＝3V，输入电压足够大，则电路的zui大输出功率P_om和效率η各为多少？

    （3）T₂和T₄管的I_CM、U_（BR）CEO和P_CM应如何选择？

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

    （2）zui大输出功率和效率分别为

（3）T₂和T₄管I_CM、U_（BR）CEO和P_CM的选择原则分别为

9.12 已知图P9.12所示电路中T₁和T₂管的饱和管压降│U_CES│＝2V，导通时的│U_BE│＝0.7V，输入电压足够大。

图P9.12

    （1）A、B、C、D点的静态电位各为多少？

    （2）为了保证T₂和T₄管工作在放大状态，管压降│U_CE│≥3V，电路的zui大输出功率P_om和效率η各为多少？

    解：（1）静态电位分别为

          U_A＝0.7V，U_B＝9.3V，U_C＝11.4V，U_D＝10V

（2）zui大输出功率和效率分别为

9.13 图P9.13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。

   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＋V_CC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＋V_CC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C₄的正端经扬声器、T₂至C₄的负端。C₂、R₂起自举作用。

 9.14  LM1877N－9为2通道低频功率放大电路，单电源供电，zui大不失真输出电压的峰峰值U_OPP＝（V_CC－6）V，开环电压增益为70dB。图P9.14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u_P、u_N、、u_O各为多少？

    （2）设输入电压足够大，电路的的zui大输出功率P_om和效率η各为多少？

    解：（1）静态时

    （2）zui大输出功率和效率分别为

       9.15 电路如图9.4.6所示，回答下列问题：

    （1）8≈？

    （2）若V_CC＝15V时zui大不失真输出电压的峰-峰值为27V，则电路的zui大输出功率P_om和效率η各为多少？

    （3）为了使负载获得zui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

（2）zui大输出功率和效率分别为

（3）输入电压有效值

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V_CC＝15V，放大器的zui大输出电压幅值为13V。

图P9.16

    （1）为了使负载上得到的zui大不失真输出电压幅值zui大，基准电压U_REF应为多少伏？静态时u_O1和u_O2各为多少伏？

    （2）若U_i足够大，则电路的zui大输出功率P_om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zui大输出功率，输入电压的有效值约为多少？

    解：（1）基准电压

                U_REF＝V_CC /2＝7.5V

    静态时          u_O1＝u_O2＝7.5V 。

    （2）zui大输出功率和效率分别为

     （3）输入电压有效值

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V_CC＝15，放大器的zui大输出电压幅值为13V。

   （1）为了使负载上得到的zui大不失真输出电压幅值zui大，基准电压U_REF应为多少伏？静态时u_O1和u_O2各为多少伏？

    （2）若U_i足够大，则电路的zui大输出功率P_om和效率η各为多少？

    解：同题9.16（1）、（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zui小管压降│U_CEmin│均为3V。

    （1）设在负载电阻均相同的情况下，三种器件的zui大输出功率均相同。已知OCL电路的电源电压±V_CC＝±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zui大输出功率各为多少？

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

    （2）OTL、OCL和BTL电路的zui大输出功率分别为

 9.19 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）仅有负半周；

    （2）T₁、T₂将因功耗过大而损坏；

    （3）仅有正半周；

    （4）T₂将因功耗过大而损坏；

    （5）u_O＝V_CC－U_BE1≈14.3V；    

    （6）稍有交越失真。

   9.20 电路如图P9.4所示。在出现下列故障时，分别产生什麽现象。

    （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）无输出；              

    （2）功放管将因功耗过大而损坏；  

    （3）u_O＝V_CC－U_BE1－U_BE2≈16.6V  

    （4）正、负半周不对称，正半周幅值小；

    （5）稍有交越失真。

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