模拟电子技术基础学习指导与习题解答(谢红主编)第五章 思考题与习题解答

第五章 思考题与习题解答

5-1 什么是功率放大电路?对功率放大电路有哪些特殊要求?

解 以输出功率为主的放大电路称功率放大电路。

对功率放大电路有四点要求：

①输出功率要足够大，输出电阻越小越好。所谓足够大的功率是指能带动负载作功的功率。输出电阻越小，带负载能力越强。

②效率高。也就是说，在电源电压一定的情况下，输出功率要大，而管耗要小。 ③非线性失真小。

④有过载保护措施。这是一种防止过载时由于大电流导致烧管的安全措施。一般是设计保护电路。

5-2 什么是交越失真?它是怎么产生的?用什么方法消除它?

解 交越失真是指在正弦波形的正、负半周交界处出现台阶现象的失真情况。其原因是晶体管存在死区电压，它的特性为非线性特性，因此交越失真属于非线性失真。克服的办法是加小偏置，使在无信号输入时，小偏置电压等于晶体管的死区电压(或开启电压)，一旦有信号加入，晶体管立刻进入线性工作区，这样就不会出现交越失真了。

5-3 功率放大电路按工作状态不同可分为哪三种?它们各有什么优缺点?

解 功率放大电路按工作状态不同可分为甲类、乙类、甲乙类三种。甲类的最大优点是在信号周期内不失真。缺点是效率低，在不加信号时也消耗能量，而且静态管耗最大，严重抑制了效率的提高。乙类的优点是效率高。静态时管耗为零。缺点是有削半波失真，只能输出半个周期。甲乙类是介乎于甲类和乙类两种工作状态之间的一种，其效率比较高，失真情况介乎于以上二者之间，是一种经常采用的工作状态。

※※5-4 甲乙二人在讨论功率放大电路的供电问题时，甲认为从能量守恒的概念出发，当输出功率大时，电源给出的电流理应增加；乙则认为只要输出幅度不失真，电流应在静态值附近上下波动，不管输出幅度大小，其平均值应不变。你同意哪一种观点?

解 对于甲类功放，乙说得对。因为此时V CQ1cm I I I ==。而对于乙类功放，甲说得对。因为此时V cm 2π

I I =。两种功放均符合能量守恒。 ※※5-5 甲乙二人在讨论功率放大管的发热问题时，甲认为当输出功率最大时管子最热，因为电流消耗大；乙则认为此时最冷，因损耗在管子中的功率已经都转换成输出功率。你同意哪一观点?

解 对于甲类功放，乙说得对。因为

T CC C ce cm V o 12

P V I U I P P =-=- 当电源一定，即V P 一定，输出功率o P 增大时，管耗T P 减小，

管子冷下来。而对于乙类功放，甲、乙二人说得都不对。

5-7 如图题5-7(a)所示为直接耦合功率放大电路，若2V 、3V 的饱和压降CES U =3 V ，试求：

(1)负载L R 所得到的最大不失真功率om P ;

(2)电路的实际效率；

(3)晶体管2V 、3V 的最大管耗及所承受的最大反向电压(耐压)；

※(4)若输入信号波形如图题5-7(b)所示，试在该图上画出对应的c2i 、c3i 和o U 的波形。

图题5-7

(a)电路；(b)答案图

目的 讨论OCL 功放的工作原理，并求其性能参数。

分析 这是两级放大电路，第一级由NPN 管1V 构成工作点稳定的共射放大电路，12R R 、、45V V 、作为1V 管的集电极负载，相当于c R ；第二级由2V 与3V 构成OCL 功放电路，2R 、45V V 、串联支路两端的电压作为功放级的小偏置电压，是为了防止输出波形出现交越失真的。由于第一级位于功放级之前，它将输入信号i U 放大并反相后再去推动功放级，因此也把它称作推动级；又因为功放级一般为末级，直接带负载，1V 级就处在它前面，所以又称末前级(或前置级)。

解 (1)用公式求om P ：

()22CC CES om L (123)5W 228

V U P R --==≈? (2)求实际效率η实有两种方法。

法一： CC CES CC 12378.5%59%12

V U V ηη--=?=?≈理实 法二：由定义式 om V

100%P P η=? 其中 V CC cm 2212312ππ8

P V I -==??≈8.6 W 则 η实=58.6×100%≈58.1%

可见，两种方法所得到结果很近似，均有效。

(3)用公式计算管耗的最大值。为了选管时留有充分的余地，公式中的om P 要用理想值代入

22CC T1m om()L 1120.20.22528

V P P R ==?=???理=1.8 W 耐压 RM CC 2212U V ==?=24 V

(4)当i U 为正半周时，经1V 级放大并反相，在1V 集电极出现负半周，2V 、3V 管的基极均为负，则2V 管截止，3V 管导通，c2i =0,c3i 为正半周波形，OCL 功放不反相，因此o U 也是负半周。

当i U 为负半周时，则情况相反，2V 管导通，c2i >0，有输出，而3V 管截止，c3i =0无输出，o U 为正半周。比较i U 与o U 波形，o U 为反相并放大了的正弦波。c2i 、c3i 、o U 波形画在图题5-7(b)中。

图题5-8

※5-8 功放电路如图题5-8所示。试回答以下问题：

(1)为使输出最大幅值正、负对称，静态时A 点电位应为多大?若不满足时，应调节哪个元件?

(2)若晶体管3V 、5V 的CES U 均为3 V ，求电路的最大不失真输出功率om P 及效率η；

(3)晶体管3V 、5V 的最大管耗Tm P 。

目的 分析计算准OTL 功放。

分析 图题5-8由两级构成，第一级由1V (NPN)管构成共射电路，它的c R 由1R 、0V 、W R 构成；第二级是准OTL 功放，由2V 与3V 构成NPN 型复合管，4V 与5V 构成PNP 型复合管，3V 与5V 为同类型(均为NPN)的输出管，因此称“准”。OTL 与OCL 功放的差别：在OCL

的基础上，在输出端加一个大电容C ，称输出电容，并将双电源改为单电源供电。电容器是贮能元件，充电后可代替负电源使用。在计算性能参数时，与计算OCL 功放的公式一样，只是把其中的VCC 处改为CC 1

2

V 即可。OTL 功放的局限性是不宜集成化。

图题5-9

解 (1)静态下，A C CE5CC 1122

U U U V ===

=?20=10 V 若不满足时，可调节1R 值使之满足。 (2) 2CC CES 2om L (103)23W 228

V U P R ??- ?-??==≈? V 2103103.148P -=

??≈5.6 W 因此 om V 3100%100%54%5.6

P P η=?=?≈ (3) 2

Tm om()

100.20.228P P ==??理=1.25 W ※5-9 电路如图题5-9所示。设功率管12V V 、的饱和压降CES U =3 V ，用电压表测得负载L R 上的电压o U =4 V(有效值)，试求负载上得到的功率o P 、实际效率η实各为多少?

目的 用有效值计算OCL 功放的性能参数。

解 输出功率o P ：

22

o o L 48

U P R ===2 W 额定功率 CC CES V CC L 2210310π 3.148

V U P V R --==??≈5.6 W

因此 o V 2100%100%36%5.6

P P η=?=?≈ 5-10 如图题5-10所示电路，12V ,V 为对称管，其饱和压降CES U 均为1 V 。试回答下列问题：

(1)设最大输出功率om P =4 W ，求电源电压CC V 。

(2)W1R 、W2R 为两个可调节的电位器，当输出波形出现交越失真时，应调节 ，是增加还是减少 ；定性地画出具有交越失真的输出波形 ；产生交越失真的原因是 ；静态下，欲使A 点的电位A U =0 V ，应调节 元件。

图题5-10

目的 反算OCL 功放的电路参数，并调节交越失真和中点电位。

解 这是一个典型的OCL 功放电路。

(1)已知输出功率，求电源电压的大小：

CC CES V U ==(2)W2R ，增加，，晶体管的非线性特性，W1R 。

图题5-11 电路与答案

5-11 OCL 互补电路如图题5-11所示。

(1)在图中标明14V V 管的导电类型；

(2)将该电路改接成OTL 电路，试画出电路图。

目的 填图练习。

解 (1)答案已标在图题5-11中，1V 与3V 构成NPN 型复合管，2V 与4V 构成PNP 型复合管。注意4V 管不能用NPN 型，因为在已知条件中指明是OCL 互补电路，而不是准OCL 。

(2)将图题5-11中的CC V -处接地，并在输出端加一个大电容C ，极性为左正右负，就改成了OTL 电路。

5-13 手册中所给出的功率管最大集电极损耗cm P 是否绝对不能超过?如果可以的话，那么在什么条件下可以超过?

解 cm P 是表征管子温升的一个参数，如果在散热好的条件下c cm P P >也可以不烧管。 ※5-14 功率管和散热片的接触面是光滑一些好还是粗糙一些好?是紧一些好还是松一些好?散热片是垂直放好还是水平放好?是涂成黑色好还是涂成白色好?回答时要说明理由。

解 功率管和散热片的接触面粗糙一些好，增加散热面积，有利于散热。它们之间接触紧一些有利于散热。散热片垂直放比水平放更有利于散热。涂白色比涂黑色更有利于散热，因为白色是散热的，黑色是吸热的。