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

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VCQ1cmIII。而对于乙类功放，甲说得对。因为此时Vcm2πII。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TCCCcecmVo12PVIUIPP当电源一定，即VP一定，输出功率oP增大时，管耗TP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CESU=3V，试求：(1)负载LR所得到的最大不失真功率omP;(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oU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，12RR、、45VV、作为1V管的集电极负载，相当于cR；第二级由2V与3V构成OCL功放电路，2R、45VV、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iU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omP：22CCCESomL(123)5W228VUPR(2)求实际效率实有两种方法。法一：CCCESCC12378.5%59%12VUV理实法二：由定义式omV100%PP其中VCCcm2212312ππ8PVI8.6W则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omP要用理想值代入22CCT1mom()L1120.20.22528VPPR理=1.8W耐压RMCC2212UV=24V(4)当iU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oU也是负半周。当iU为负半周时，则情况相反，2V管导通，c2i0，有输出，而3V管截止，c3i=0无输出，oU为正半周。比较iU与oU波形，oU为反相并放大了的正弦波。c2i、c3i、oU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CESU均为3V，求电路的最大不失真输出功率omP及效率；(3)晶体管3V、5V的最大管耗TmP。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cR由1R、0V、WR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CC12V即可。OTL功放的局限性是不宜集成化。图题5-9解(1)静态下，ACCE5CC1122UUUV20=10V若不满足时，可调节1R值使之满足。(2)2CCCES2omL(103)23W228VUPRV2103103.148P5.6W因此omV3100%100%54%5.6PP(3)2Tmom()100.20.228PP理=1.25W※5-9电路如图题5-9所示。设功率管12VV、的饱和压降CESU=3V，用电压表测得负载LR上的电压oU=4V(有效值)，试求负载上得到的功率oP、实际效率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oP：22ooL48UPR=2W额定功率CCCESVCCL2210310π3.148VUPVR5.6W因此oV2100%100%36%5.6PP5-10如图题5-10所示电路，12V,V为对称管，其饱和压降CESU均为1V。试回答下列问题：(1)设最大输出功率omP=4W，求电源电压CCV。(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AU=0V，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：CCLomCES2284VRPU+1=9V(2)W2R，增加，，晶体管的非线性特性，W1R。图题5-11电路与答案5-11OCL互补电路如图题5-11所示。(1)在图中标明14VV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CCV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cmP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cmP是表征管子温升的一个参数，如果在散热好的条件下ccmPP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。