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．βB．I CM C．I CBO D．U(BR)CEO E．P CM
(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，U BE=0.7V，U CES=0.5V，I CEO=0，电容C对交流可视为短路。

输入信号u i为正弦波。

(1)计算电路可能达到的最大不失真输出功率P om？
(2)此时R B应调节到什么数值？
(3)此时电路的效率η=？
o
u 12V
+
图7.19 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：ωt sin om OQ O U U u += 由CC om OQ V U U ≤+与CES om OQ U U U ≥-可知：
CES CC om 2U V U -≤即有2
CES
CC om U V U -≤
因此，最大不失真输出功率P om 为：
()W 07.281
8122
CES CC L
2
om om ≈⨯-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=U V R U P (2)当输出信号达到最大幅值时，电路静态值为：
()CES CC CES CES CC OQ 2
1
2U V U U V U +=+-=
所以 A 72.0825
.0122L CES CC L OQ CC
CQ ≈⨯-=-=-=R U V R U V I mA 2.7CQ BQ ==βI
I
k Ω57.12
.77
.012BQ BE CC B ≈-=-=
I U V R (3) %24%10072
.01207.2CQ CC om V om ≈⨯⨯===
I V P P P η 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V CC =12V, R L =8Ω，u i 为正弦波。

(1)在BJT 的饱和压降U
CES =0的条件下，负载上可能得到的最大输出功率P om 为多少？每个管子允许的管耗P CM 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P V 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U O =0。

在BJT 的饱和压降U CES =0的条件下，则有U om =V CC ，因此，
W 98
212222
L 2
CC L 2om =⨯===R V R U P om
每个管子允许的管耗P CM ≥0.2 P om =0.2×9=1.8W
每个管子承受的最大电压为2V CC ，所以每个管子的耐压│U (BR)CEO │≥2V CC =24V (2)当输出功率达到最大时，电源供给的功率P V
W 46.11π2π)(2L
2
CC
L CES CC CC V ==-=R V R U V V P
当输出功率最大时的输入电压幅值V 12CC im =≈V U 。

则有效值为 V 49.82
im i ≈=
U U
CC
V -+
-
o u u
L u +
-
o
u
图7.20 题3、4图 图7.21 题5图
4. 电路如图7.20所示，已知V CC =15V, R L =16Ω，u i 为正弦波。

(1)在输入信号U i =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U im =V CC =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U im =V CC =20V 时，电路的输出会发生什么现象？ 解：(1)在输入信号U i =8V （有效值）时,输出信号的振幅28m =o U V ，则 电路的输出功率为 W 42L
2
om o ==R U
P
电路的两个晶体管管耗相等，总管耗为
W 75.22π2=L 2
om L om CC T =-R U
R U V P
直流电源供给的功率 W 75.6π2L
om CC V ==R U
V P
电路的效率 %2.594π=CC
om V o =⋅=V U
P P η
(2)在输入信号幅值U im =V CC =15V 时，输出信号的振幅亦可达到V 15m =o U ，接近电源电压。

电路的输出功率可以达到最大值。

电路的输出功率为 W 03.72L
2
om o ==R U
P
电路的两个晶体管管耗相等，总管耗为
W 93.12π2=L 2
om L om CC T =-R U
R U V P
直流电源供给的功率 W 96.8π2L
om CC V ==R U
V P
电路的效率 %5.784π=CC
om V o ≈⋅=V U
P P η
(3)当输入信号幅值U im =V CC =20V 时，电路的输出会发生失真。

5. 在图7.21所示电路中，已知V CC ＝16V ，R L ＝4Ω，T 1和T 2管的饱和管压降│U CES │＝2V ，输入电压足够大。

(1)最大输出功率P om 和效率η各为多少？ (2)晶体管的最大功耗P Tmax 为多少？ 解：(1)最大输出功率P om 为
W 5.24 2)( L
2
CES CC om =-=
R U V P
效率η为
%69.684π4π=
CC
CES
CC CC om V o ≈-⋅=⋅=V U V V U P P η (2)每个晶体管的最大功耗P Tmax 为
W 9.42.0π
2πom om 2L 22
CC Tmax
=≈==P P R V P 6. 在图7.22所示电路中，已知V CC ＝15V ，T 1和T 2管的饱和管压降│U CES │＝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R L 上电流的最大值？ (3)最大输出功率P om 和效率η？
L +
-
o
u
图7.22 题6图
解：(1) 最大不失真输出电压有效值为
V 65.82
)
(CES CC L
4L
o ≈-⋅+=U V R R R U
(2)负载电流最大值
A 53.1L
4CES
CC Lmax ≈+-=
R R U V i
(3)最大输出功率和效率分别为
%
644πW
35.92CC
4
CES CC L
2
o L 2om om ≈--⋅=≈==V U U V R U R U P R η
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V CC =20V ，R L =8Ω，T 1和T 2管的│U CES │＝2V 。

(1)当T 3管输出信号U o3=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U o3的有效值？
i
u o
图7.23 题7图
解：(1)该电路由两级放大电路组成，其中T 3管电路为推动级，T 1与T 2管组成互补对称功放电路。

T 3管的输出信号U o3 就是功放电路的输入信号电压。

故当U o3=10V （有效值）时，电路的输出功率为：
W
5.128
102
L 2
o3L 2
o o ====R U R U P
直流电源供给的功率为：
W 5.228
14.310
2202π2L om CC V ≈⨯⨯⨯⨯==
R U V P 总管耗为： W 10o V T =-=P P P 效率为：
%6.55%1005
.225.12=
V o ≈⨯=P P η (2)该电路的最大不失真输出功率为：
W 25.20 2)( L
2
CES CC om =-=
R U V P
直流电源供给的功率为：
W 66.28π)
(2π2L
CES CC CC L om CC V =-==
R U V V R U V P
效率为：
%7.70%10066
.2825.20=
V o ≈⨯=P P η 所需的U o3的有效值为：
V 73.122
2
CES
CC om
o3=-=
=
U V U U
8. 一乙类单电源互补对称（OTL ）电路如图7.24(a)所示，设T 1和T 2的特性完全对称，u i 为正弦波，R L =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U CES 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V CC 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？
L +
-
o
u o u L +-
(a) (b)
图7.24 题8图
解：(1)静态时，电容C 两端的电压应是V CC /2。

(2)若管子的饱和压降U CES 可以忽略不计。

忽略交越失真，最大不失真输出功率为
82 L
2
CC L 2
om om R V
R U P ≈=
当最大不失真输出功率P om 达到9W 时,电源至少应为 V CC =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R 3,使该电阻增大，从而消除交越失真。

9. 在图7.25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U i＝0.1V时，U o＝5V，则反馈网络中电阻的取值约为多少？
Ω
i
u
+
-
L
+
-
o
u
图7.25题9图
解：(1)输出电压幅值和最大输出功率分别为
W
6.
10
)2
(
V
13
L
2
Omax
om
Omax
≈
=
≈
R
u
P
u
(2)应引入电压串联负反馈，电路如解题9图所示。

i
u
+
-
解题9图
(3)在深度负反馈条件下，电压放大倍数为
50 1o 4f o ==+≈=i
u i u U U A R R U U A Ω=k 24R ， 所以Ω=k 98f R 。

10. 某电路的输出级如图7.26所示。

试分析
(1)R 3、R 4和T 3电路组合有什么作用？(2)电路中引入D 1、D 2的作用？
i
u
o
CC
V CC
V
图7.26 题10图
解：(1)R 3、R 4和T 3组成“U BE 扩大电路”，用以消除交越失真。

由图可知：
BE34
334BE3BE3CE3)1(U R R
R R U U U +=+
≈ 调节R 3/R 4的值，可以改变U CE3的值。

若电路出现交越失真，增大R 3/R 4（U CE3）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，D 1、D 2可起到过载保护作用。

其工作原理如下：
I E1 ↑→U R1↑→U O ↓→D 1导通→I B1↓→I E1↓； I E2 ↑→U R2↑→U O ↑→D 2导通→I B2↓→I E2↓。

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 ，I CM =1.5A ，P CM =1W （加散热片150×150×3mm 3时为8W ）。

(2)此题的等效交流负载电阻
L 2
2
1
L 'R N
N R ⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛= (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R L 上的输出功率。

T L
R 8Ω
图7.27 题11图
解：(1) Ω=⨯=⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛=8812L 2
21'
L R N N R W 98
1221212
'
L 2CC OC =⨯==R V P W 2.7%809T OC O =⨯=⋅=ηP P
W 46.11π2'
L
2CC
V ≈=R V P %8.62V
O
≈=
P P η
(2) 最大集电极电流为： A 5.1'L
CC
CM ==
R V I 每管的最大反压降为： V 242CC CEmax ==V V 每管的功耗为： ()W 23.12
1
OC V T2T1=-=
=P P P P 由上分析计算结果可知：3AD1的定额未超过，可以使用。

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U CES 可以忽略不计，u i 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P om ？
(3)求电路输出级的效率η？
u o
图7.28 题12图
解：(1) 该电路属于OCL 电路。

(2)
W 9.172W 06.1422L 2CC V L
2CC L 2om om ≈====R V P R V R U P π
(3)
%5.78%1009
.1706.14V om ≈⨯==P P η
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U OPP ＝（V CC －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 ，C 1～C 3对交流信号可视为短路；R 3和C 4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，电路的的最大输出功率P om 和效率η各为多少？
Ω 图7.29 题13图
解：(1)静态时
V 0 V 122O CC N P '
O =====u V u u u
(2)最大输出功率和效率分别为
%
9.586
4πW
06.52)26(CC
CC L 2
CC om ≈-
⋅=≈-=V V R V P η。