模拟电子电路及技术基础-第二版-答案-孙肖子-第9章

第九章功率放大电路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、难点第九章功率放大电路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。第九章功率放大电路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第九章功率放大电路【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。第九章功率放大电路图9-1甲乙类互补对称功率放大电路第九章功率放大电路解(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。第九章功率放大电路(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V210inUV210inomUUW5.12162002L2omomRUP%74EomPPW9.16814.3152102π2CCLomEURUP第九章功率放大电路(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=30V40V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。10WW8.216152.022.02.02L2CComCMRUPP5A1.875A815LCComMRUI第九章功率放大电路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习题解答第九章功率放大电路图P9-1第九章功率放大电路解(1)输出功率直流电源供给功率单管的管耗效率W5.12)2(2121L2oL2omoRURUPW9.16814.3151022π2LomECCURUPW2.2)5.129.16(21)(21oEcPPP%749.165.12EoPP第九章功率放大电路(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L2CCom21RUPV6.22161622Lom(BR)CEORPUA4.1166.22LCCCMRUI第九章功率放大电路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;第九章功率放大电路(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？第九章功率放大电路图P9-2第九章功率放大电路解(1)最大输出功率：(2)电源供给最大功率W25.281212812121L2CComRUPW87.2814.3121221π21π2122CCL2CCEmaxLRURUP第九章功率放大电路(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%5.784πA75.08122121LCCCMRUI第九章功率放大电路(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PcPCM，所以R2或VD断开将烧毁功率管。V621CCC2UUμF1099.181014.321π213LL2fRCmW7952||2CC21BECCCEBcURRUUUIP第九章功率放大电路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？第九章功率放大电路图P9-3第九章功率放大电路解(1)%3/5294.1125.6W94.11814.315102π2W25.681010212112510125.110A25.1810EoCComEL2omo3CmaxLomCmaxPPRUUPRUPIRUIL(2)(3)第九章功率放大电路(4)(5)放大倍数为V110101010100W85.2)25.694.11(21)(21omimomEcAUUAPPP第九章功率放大电路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？第九章功率放大电路图P9-4第九章功率放大电路解(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W06.58992121L2omomRUPmV64.632902mV901009imiomimUUAUU第九章功率放大电路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?第九章功率放大电路图P9-5第九章功率放大电路解(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。W06.14815152121L2CComRUP%5.784π,π2EomL2CCEPPRUP第九章功率放大电路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。第九章功率放大电路图P9-6第九章功率放大电路解(1)输出功率Po(2)直流电源供给功率PEW54.33545.021212L2LmoRIPW02.514.33545.0πCComEUIP第九章功率放大电路(3)管耗Pc和最大管耗PCM(4)功放的效率ηW875.021212.02.0W74.0)54.302.5(21)(21L2CComCMoEc2c1RUPPPPPP%5.7002.554.3EoPP第九章功率放大电路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。第九章功率放大电路图P9-7第九章功率放大电路解(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AF1，Ui′=0，所以Ui=Uf′。V11101.012mA1.021C1CICCCICIRIUUIIQQQW91614481221212L2CComRUP第九章功率放大电路又因为故因为UCES=0，所以Uom=UCC=12V10119,B2B2ffoB2fB2foRRRUURURRU10foiofUUUUAuV2.11012fomimuAUU第九章功率放大电路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。第九章功率放大电路图P9-11第九章功率放大电路解图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。第九章功率放大电路图P9-11′第九章功率放大电路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。第九章功率放大电路图P9-12第九章功率放大电路解该电路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，V4、V9与V6、V8也组成互补跟随功率驱动级，两个互补功率驱动级组成一个电桥。电机接于电桥A、B之间，当ui为b1正b2负时，V3、V7及V6、V8导通，V4－V9，V5－V10截止，流过电机的电流如图P9-12所示，反之，ui为b1负b2正时，