模拟电子电路及技术基础 第二版 答案 孙肖子 第9章

9.1基本要求及重点、难点

9.2习题类型分析及例题精解

9.3习题解答第九章功率放大电路

1.基本要求

(1)理解功率放大器的特点、主要指标、分类及提高功率放大电路效率的方法。

(2)掌握B类互补对称功率放大器的工作原理和输出功率、功耗和集电极效率的计算。

(3)了解AB类单电源互补对称功率放大器的工作原理和分析计算；了解复合管及准互补B类功率放大电路(OCL)的工作原理。

(4)了解D功率放大电路和集成功率放大电路。

(5)了解功率器件及其散热和保护电路。9.1基本要求及重点、难点

2.重点、难点

重点：B类互补对称功率放大器工作原理和输出功率、功耗和集电极效率的分析、计算以及功率器件的选择原则。

难点：B类互补对称功率放大器指标的分析、计算。本章主要习题类型有：

(1)功率放大电路类型的判别；

(2)功率放大电路最大输出功率和效率的估算；

(3)功放管的选择；

(4)功率放大电路中反馈的分析、估算和引入。

以下举例说明。9.2习题类型分析及例题精解

【例9-1】在图9-1所示功率放大电路中，已知UCC=

±15V，RL=8Ω，功率管的饱和压降UCES=1V，试问：

(1)静态时，调整哪个电阻可使uo=0V？

(2)当ui≠0时，发现输出波形产生交越失真，应调节哪个电阻，如何调节？

(3)二极管VD的作用是什么？若二极管反接，对V1、V2会产生什么影响？

(4)当输入信号ui为正弦波且有效值为10V时，求电路最大输出功率Pom、电源供给功率PE、单管的管耗Pc和效率η。

(5)若V1、V2功率管的极限参数为PCM=10W，ICM=

5A，U(BR)CEO=40V，验证功率管的工作是否安全。图9-1甲乙类互补对称功率放大电路解(1)静态时，调整电阻R1可使uo=0V。

(2)调整电阻R2并适当加大其值，以恰好消除交越失真为限。

(3)二极管VD的交流电阻值小于其直流电阻值，使得V1、V2管基极之间有足够的直流电压差，也就是在管子的基极与发射极之间加了一个适当的正向偏置(微导通状态)，使管子工作在甲乙类状态。若二极管反接，则流过电阻R1的静态电流全部成为V1、V2管的基极电流，这将导致V1、V2管基极电流过大，甚至有可能烧坏功率管。

(4)因输入信号ui的有效值为10V，故其最大值

，又因该功放电路是射极跟随器结构(Au≈1)，则有,故电路最大输出功率

电源供给功率

单管的管耗

Pc=PE－Pom=4.4W

效率

(5)验证功率管安全与否，须计算功率管的最大工作电压和电流。

最大管耗

最大工作电压

UomM=2UCC=30V<40V

最大工作电流

通过上述分析可知，该功放电路中的功率管工作在安全状态。

9-1功率放大电路如图P9-1所示。已知UCC=UEE=15V，负载RL=8Ω，忽略功率管饱和压降，试

回答：

(1)测得负载电压有效值等于10V，问电路的输出功率、单管的管耗、直流电源供给功率以及能量转换的效率各为多少？

(2)当负载变为RL=16Ω，要求最大输出功率为16W，并重新

选择功率管型号时，试确定功放电路的电源及功率管的极限参数PCM、U(BR)CEO及ICM应满足什么条件？9.3习题解答

图P9-1解(1)输出功率

直流电源供给功率

单管的管耗

效率

(2)因为

所以

最大管耗

PCM=0.2Pom=3.2W

功率管最大耐压

U(BR)CEO≥2U==45.24V

功率管最大集电极电流

9-2单电源供电OTL电路如图P9-2所示。已知电源电压UCC=12V，负载RL=8Ω，忽略功率管饱和压降，试求：

(1)负载可能得到的最大输出功率Pom；

(2)电源供给的最大功率PEmax;

(3)能量转换效率η;

(4)管子的允许功耗PCM;

(5)管子的击穿电压U(BR)CEO;

(6)集电极最大允许电流ICM;

(7)静态时，电容C2两端的直流电压应为多少？调整哪个电阻能满足这一要求？

(8)若要求电容C2引入的下限频率fL2=10Hz，则C2应选多大的值？

(9)动态时，若输出波形产生交越失真，应调整哪个电阻？如何调整？

(10)若R1=R3=1.2kΩ，V1、V2管的β=30，|UBE|=

0.7V，如果R2或VD断开，管子V1、V2会产生什么危险？

图P9-2

解(1)最大输出功率：

(2)电源供给最大功率

(3)能量转换效率

(4)管子允许功耗

PCM=0.2Pom=0.2×2.25=0.45W

(5)击穿电压

U(BR)CEO≥UCC=12V

(6)最大允许电流

(7)

调整R1或R3电阻可满足此要求，即使UC2=6V。

(8)为保证功放具有良好的低频响应，电容C2应满足

选取2000μF/6V的电解电容即可。

(9)克服交越失真，应调整R2电阻，须将R2增大。

(10)在此条件下，

因为Pc>>PCM，所以R2或VD断开将烧毁功率管。

9-3在图P9-3所示电路中，运算放大器的最大输出电压幅度为±10V，最大负载电流为±10mA，忽略管子饱和压降和交越失真，试问：

(1)为了能得到尽可能大的输出功率，晶体管V1、V2的β值至少应该为多大？

(2)电路的输出功率是多少？

(3)能量转换的效率η是多少？

(4)每只管子的管耗有多大？

(5)求输出最大时,输入信号ui的振幅应为多少？

图P9-3解(1)

(2)(3)(4)

(5)放大倍数为

9-4由集成功放LM384组成的功率放大电路如图P9-4所示。已知电路在通带内的电压增益为40dB，负载RL=8Ω时,不失真最大输出电压峰峰值为18V，问：

(1)最大不失真输出功率Pom是多少?

(2)输出功率最大时的输入电压有效值是多少？

图P9-4

解(1)

(2)由于带内的电压增益为40dB，所以该功放电路的放大倍数A为100倍。有

9-5集成功率放大器2030的一种应用电路如图P9-5所示，其输出级假定采用互补跟随B类功放，晶体管的饱和压降UCES可以忽略不计，输入信号ui为正弦电压。试问：

(1)理想情况下最大输出功率Pom是多少?

(2)电路输出级的效率η是多少?

(3)电容C1和C2的作用是什么?

图P9-5解(1)最大输出功率Pom：

(2)效率η

(3)C1的作用是隔直流，通交流。

C2的作用是引入串联电压负反馈，稳定输出电压。

9-6单电源供电的互补对称电路如图P9-6所示。已知负载电流振幅值ILm=0.45A，试求：

(1)负载上所获得的功率Po；

(2)电源供给的直流功率PE；

(3)每管的管耗及每管的最大管耗；

(4)放大器的效率η。

图P9-6解(1)输出功率Po

(2)直流电源供给功率PE

(3)管耗Pc和最大管耗PCM

(4)功放的效率η

9-7电路如图P9-7所示，已知UBE=0.7V，忽略晶体管

饱和压降(UCES=0)。

(1)计算IC1Q和UC1Q；

(2)计算负载RL可能得到的最大交流功率Pom；

(3)S闭合后，判断电路引入何种反馈；

(4)计算深度负反馈条件下的闭环电压增益Auf，以及为得到最大交流输出功率，输入电压ui的幅度。

图P9-7解(1)由于V1、V2构成差动放大电路，恒流源电流已知，故

(2)最大输出功率Pom

(3)S闭合后，电路引入串联电压负反馈。

(4)由于AF>>1，Ui′

=0，所以Ui=Uf′

。又因为

故

因为UCES=0，所以

Uom=UCC=12V

9-8(略)

9-9(略)

9-10(略)

9-11图P9-11所示的各复合管的接法是否正确？如不正确，请改正。

图P9-11解图P9-11(a)所示接法是错的，应改为图P9-11′(a)所示，等效为NPN管。

图P9-11(b)所示接法是错的，应改为图P9-11′(b)所示，等效为PNP管。

图P9-11(c)所示接法是对的，等效为一个NPN管。

图P9-11(d)所示接法是错的，应改为图P9-11′(c)所示，等效为PNP管。

图P9-11′

9-12由复合管组成的桥式互补对称功率放大器如图P9-12所示。该电路驱动电机正、反向旋转，试分析该电路的工作原理。

图P9-12

解该电路V1、V2接成射极跟随器，将输入信号

ui引入到互补功放的输入端，起到信号源(ui)和功放电路的缓冲隔离作用。V3、V7组成NPN复合管，V4、V9也组成NPN复合管，V5与V10、V6与V8组成PNP复合管，V3、V7与V5、V10组成互补跟随功率驱动级，