第9章 功率放大电路 习题解答

第9章自测题、习题解答
自测题9
一、功率放大器和电压放大器没有本质区别，但也有其特殊问题，试简述功率放大器的特点。

解：功率放大电路与电压放大电路本质上没有区别，功率放大电路既不是单纯追求输出高电压，也不是单纯追求输出大电流，而是追求在电源电压确定的情况下，输出尽可能大的不失真的信号功率，功率放大器的特点：1.输出功率要大 2.转换效率要高 3.非线性失真要小。

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

（）
（3）功率放大器为了正常工作需要在功率管上装置散热片，功率管的散热片接触面是粗糙些好。

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

（）
（5）乙类推挽电路只可能存在交越失真，而不可能产生饱和或截止失真。

（）
（6）功率放大电路，除要求其输出功率要大外，还要求功率损耗小，电源利用率高。

（）
（7）乙类功放和甲类功放电路一样，输入信号愈大，失真愈严重，输入信号小时，不产生失真。

（）
（8）在功率放大电路中，电路的输出功率要大和非线性失真要小是对矛盾。

（）
（9）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。

（）
（10）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，前者比后者的最大不失真输出电压大；（）
（11）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；（）
解：
⑴×，当输出电压峰值为0.6Vcc时，功放管的管耗最大约为最大输出功率的五分之一。

⑵√，
⑶×，功率管的散热片接触面是平面，有利于钝化涂黑，侧边粗糙些好。

⑷×，最大输出功率与管耗不是1：1的关系，而是5：1的关系。

⑸×，功率管也有三种工作状态：放大，饱和，截止，取决于直流电路的情况。

⑹√，
⑺×，甲类功率放大，不论信号多小，都存在失真。

⑻√，
⑼①×、电流放大电路的输出电压不一定大于输入电压。

②×、电压放大电路的输出电流不一定大于输入电流。

③√，
⑽①×、电源电压没有可比性，可以大，相等，也可以小。

②×、功率放大电路重点在输出功率，电压放大倍数不一定比电压放大电路的放大倍
数高。

③√、
④√，
⑾①×、功率放大电路重点在输出功率，电流放大倍数不一定比电流放大电路的放大倍数高。

②√
三、功率放大器如图T9-3 所示，已知各晶体管的β=50 ，|U BE |=0.6V，U CES =0.5V 。

（ 1 ）说明R4和C2的作用；
（ 2 ）设静态时|U BE3 |=|U BE2|，试计算各电阻中的静态电流，并确定R3的阻值；
（ 3 ）在输出基本不失真的情况下，估算电路的最大输出功率。

图T9-3
解：
（1）R4提供静态偏压，C2通交流，
习题9
9．1已知电路如图P9-1所示，T 1和T 2管的饱和管压降│U CES │＝3V ，U CC ＝15V ， R L ＝8Ω，。

选择正确答案填入空内。

（1）电路中D 1和D 2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 ．大于0V B ．等于0V C ．小于0V （3）最大输出功率P OM 。

A ．约等于28W B ．等于18W
C ．等于9W
图P9-1 解：
（1）C 乙类功率放大电路存在交越失真，通过D1,D2克服交越失真。

（2）B 静态时，由于电路对称，0=EQ U (3)C W R U U P L CES cc OM
98
*2)315(2)(22=-=-=
9．2在图P9-1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。

试问：
（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？
（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）最大输出功率和效率分别为
%8.694πW
5.242)(CC
CES CC L
2
CES CC om ≈-⋅=
=-=
U U U R U U P η
（2）晶体管的最大功耗 W 9.42|)|(2.02.0L
2
oM
Tmax =-⨯=≈R U U P P CES CC
（3）输出功率为P o m 时的输入电压有效值 V 9.92
CES
CC om i ≈-≈
≈U U U U
9.3 在甲类、乙类、甲乙类功放电路中，功放管的导通角分别是多少？
解： 甲类功率放大电路功放管的导通角度为360°，C i 在一个周期内一直大于0；乙类共放的导通角度为180°，只有半个周期大于0，甲乙类功率放大电路的导通角大于180°而小于360°。

9．4试证明，在理想情况下甲类功放的效率不会超过50%。

证明：在理想情况下，忽略晶体管基极回路的损耗，则电源提供的功率为CC CQ V U I P =
甲类功率放大电路在理想情况下的最大输出功率CC CQ CC CQ om U I U I P 2
1
2
2
=
= 在理想情况下，甲类功率放大电路的最大效率 %50==
V
om
P P η 即甲类功率放大电路的效率不会超过50%
9．5双电源互补对称电路如图P9-5所示，已知电源电压12伏，负载电阻10欧，输入信号为正弦波。

求（1）在晶体管U CES 忽略不计的情况下，负载上可以得到的最大输出功率。

（2）每个功放管上允许的管耗是多少？（3）功放管的耐压又是多少？
图P9-5
解：
（1）W R U P L CC OM
2.710
*212222
=== （2）每个管耗的允许值即为管耗的最大值，即为最大输出功率的五分之一， 为7.2/5=1.44W.
(3)双电源互补对称电路在同一时刻只有一个管子导通，所以功放管的耐压为管子的最大管压降V U U CC CE 242max ==。

9.6在图P9-6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 ，T 2和T 4管发射极静态电位U EQ ＝0V 。

试问：（1）T 1、T 3和T 5管基极的静态电位各为多少？
（2）设R 2＝10kΩ，R 3＝100Ω。

若T 1和T 3管基极的静态电流可忽略不计，则T 5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？你认为哪个最合适？为什么？ 解：
（1）T 1、T 3和T 5管基极的静态电位分别为
4
.1||21==BE B U U V,
7.0||3-=-=BE B U U V 3.17)18(5-=-+=BE B U U V 图P9-6
（2）静态时T 5管集电极电流和输入电压分别为
V
3.17 mA 66.1B5I 2B1
CC CQ -=≈=-≈
u u R U U I
（3）若静态时i B 1＞i B 3，则应增大R 3。

（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，D 1和D 2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。

9.7在图P9-6所示电路中，已知T 2和T 4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最大输出功率P om 和效率η各为多少？ 解：
最大输出功率和效率分别为
%
8.694πW
42)(CC
CES
CC L
2
CES CC om ≈-⋅==-=
U U U R U U P η
9.8为了稳定输出电压，减小非线性失真，请通过电阻R f 在图T9-6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T 5管基极，如解图P9.8
所示。

在深度负反馈情况下，电压放大倍数
10 f
1
f f ≈-≈u u A R R A R 1＝1 k Ω，所以R f ≈10 k Ω。

9.9估算图P9-6所示电路T 2和T 4管的最大集电极电流、最大管压降和集电极最大功耗。

解：功放管的最大集电极电流、最大管压降、最大功耗分别为
W
122.0V 3.352A
54.0L
2CC
Tmax
CES CC max CE L
CES
CC max C ≈⨯≈=-==-=
R U P U U U R U U I
9.10在图P9-10所示电路中，已知U CC ＝15V ，T 1和T 2管的饱和管压降│U CES │＝2V ，输入电压足够大。

求解：（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。

解：
（1）最大不失真输出电压有效值
V 65.82
)
(CES CC L
4L
om ≈-⋅+=
U U R R R U
（2）负载电流最大值 A 53.1L
4CES
CC Lmax ≈+-=
R R U U i 图P9-10
（3）最大输出功率和效率分别为
%644πW 35.92CC
4CES CC L
2om om
≈--⋅=
≈=U U U U R U P R η
9.11在图P9-10所示电路中，R 4和R 5可起短路保护作用。

试问：当输出因故障而短路时， 晶体管的最大集电极电流和功耗各为多少？
解：
当输出短路时，功放管的最大集电极电流和功耗分别为
W 46πA
264
22CC Tmax
4
CES
CC Cmax ≈=≈-=
R U P R U U i
9.12在图P9-12所示电路中，已知U CC ＝15V ，T 1和T 2管的饱和管压降│U CES │＝1V ，集成运放的最大输出电压幅值为±12V ，二极管的导通电压为0.7V 。

图P9-10
（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？画出图来。

（3）若U i ＝0.1V 时，输出电压为5V ，则反馈网络中电阻的取值约为多少？ 解：
（1）输出电压幅值和最大输出功率分别为
W
6.10)2(V
13L
2
Om ax om Om ax ≈=≈R u P u （2）应引入电压串联负反馈，电路如解图P9.10所示。

（3）在深度负反馈条件下，电压放大倍数为
50 1o 1f o ==+≈=i
u i u U U A R R U U A R 1＝1 k Ω，所以R f ≈49 k Ω。

9.13 OTL 电路如图P9-13所示。

（1）为了使得最大不失真输出电压幅值最大，静态时T 2和T 4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T 2和T 4管的饱和管压降│U CES │＝2.5V ，输入电压足够大，则电路的最大输出功率P om 和效率η各为多少？（3）T 2和T 4管的I CM 、U （BR ）CEO 和P CM 应如何选择？
图P9-13
解：
（1）射极电位U E ＝V C C /2＝12V ；若不合适，则应调节R 2。

（2）最大输出功率和效率分别为
%
9.582
121
4
W
06.52)21
(CC CES
CC
L
2CES CC om
≈⋅-⋅⋅=≈-⋅=U U U R U U P πη
（3）T 2和T 4管I C M 、U （B R ）C E O 和P C M 的选择原则分别为
W 82.1π)2(V
24A 5.12
L
2
2
CC CM CC (BR)CEO L
CC CM ≈==R U P U U R U I ＞＞＞
9.14已知图P9-14所示电路中T 1和T 2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。

（1）A 、B 、C 、D 点的静态电位各为多少？
（2）为了保证T 2和T 4管工作在放大状态，管压降│U CE │≥3V ，电路的最大输出功率P om 和效率η各为多少？
图P9-14
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）最大输出功率和效率分别为
%
552
121
4
πW
53.12)21
(CC CES
CC
L
2CES CC om
≈⋅-⋅⋅=≈-⋅=U U U R U U P η
9.15集成电路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 ＝（U CC －6）V ，开环电压增益为70dB 。

图P9-15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？
图P9-15
解：
（1）静态时
V 0 V 122
O CC
N P '
O ===
==u U u u u （2）最大输出功率和效率分别为
%9.5864πW 06.52)26(
CC
CC L 2
CC om
≈-⋅=
≈-=U U R U P η。