第九章 功率放大电路
1．与甲类功率放大器相比较，乙类互补推挽功放的主要优点是_____b____。
(a) 无输出变压器 (b) 能量转换效率高 (c) 无交越失真
2．所谓能量转换效率是指_______b__。
(a) 输出功率与晶体管上消耗的功率之比 (b) 最大不失真输出功率与电源提供的功率之比 (c) 输出功率与电源提供的功率之比
3．功放电路的能量转换效率主要与____c_____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
4．甲类功率放大电路的能量转换效率最高是______a___。
(a) 50% (b) 78.5% (c) 100%
5．甲类功率放大电路（参数确定）的输出功率越大，则功放管的管耗________c_。
(a) 不变 (b) 越大 (c) 越小
6．对甲类功率放大电路（参数确定）来说，输出功率越大，则电源提供的功率____a_____。
(a) 不变 (b) 越大 (c) 越小
7．甲类功率放大电路功放管的最大管耗出现在输出电压的幅值为_____a____。
(a) 零时 (b) 最大时 (c) 电源电压的一半
8．甲类功率放大电路功放管的最小管耗出现在输出电压的幅值为_____b____。
(a) 零时 (b) 最大时 (c) 电源电压的一半
9．乙类互补推挽功率放大电路的能量转换效率最高是______b___。
(a) 50% (b) 78.5% (c) 100%
10．乙类互补推挽功率放大电路在输出电压幅值约等于___a______时，管子的功耗最小。
（a）0 (b) 电源电压 (c) 0.64倍电源电压
11．乙类互补推挽功率放大电路在输出电压幅值约等于_____c____时，管子的功耗最大。
（a）0 (b) 电源电压 (c) 0.64倍电源电压
12．乙类互补功放电路存在的主要问题是______c___。
（a）输出电阻太大 (b) 能量转换效率低 (c) 有交越失真
13．为了消除交越失真，应当使功率放大电路的功放管工作在______b___状态。
（a） 甲类 (b) 甲乙类 (c) 乙类
14．乙类互补功放电路中的交越失真，实质上就是_____c____。
（a）线性失真 (b) 饱和失真 (c) 截止失真
15．在乙类互补推挽功率放大电路中，每只管子的最大管耗为___c______。
（a） (b) (c)
16．设计一个输出功率为20W的功放电路，若用乙类互补对称功率放大，则每只功放管的最大允许功耗PCM至小应有____b_____。
（a）8W (b) 4W (c) 2W
17．乙类互补推挽功率放大电路中，若电源电压为VCC，放大管的饱和压降为UCES，那么放大管的最大管压降为________b_。
（a） (b) (c)
18．乙类互补推挽功率放大电路中，流过放大管的最大电流为___c______。
（a） (b) (c)
19．乙类互补推挽功率放大电路中的最大输出电压为___b______。
（a） (b) (c)
20．乙类互补推挽功率放大电路最大输出功率为______b___。
（a） (b) (c)
21．乙类互补推挽功率放大电路中，放大管的击穿电压应大于______c___。
（a） (b) (c)
22．在乙类互补推挽功率放大电路中，电源提供的最大功率为_____c____。
（a） (b) (c)
23．单电源互补推挽功率放大电路中，输出电容起到了双电源电路中的_____b____的作用。
（a） 消除高次谐波 (b) 负电源 (c) 正电源
24．单电源互补推挽功率放大电路中，电路的最大输出电压为____b_____。
（a） (b) (c)
25．在图示功率放大电路中。二极管D1和D2的作用是___b______。
（a）增大输出功率 (b) 减小交越失真 (c) 减小三极管的穿透电流
【例9-1】选择合适的答案填入空内。
（1）功率放大电路的最大输出功率是在输入电压为正弦波时，输出基本不失真情况下，负载上可能获得的最大_______。
A. 交流功率 B. 直流功率 C. 平均功率 （2）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. 最大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
（3）在选择功放电路中的晶体管时，应当特别注意的参数有_______。 A. β
B. ICM
C. ICBO
D. U（BR）CEO E. PCM
F. fT
（4）在OCL乙类功放电路中，若最大输出功率为1 W，则电路中功放管的集电极最大功耗约为_______。
A. 1 W B. 0.5 W C. 0.2 W
【相关知识】
功率放大电路的基本概念，功放管的选择。
【解题思路】
（1）根据最大输出功率和转换效率的定义选择填空。
（2）功率放大电路与小功率放大电路在电路结构、性能指标、放大管的选择等方面有着明显的区别。在选择功放管时应特别关注它的三个极限值ICM、U（BR）CEO、PCM，以保证其安全工作。 （3）根据OCL乙类功放电路最大输出功率与功放管集电极最大功耗的关系选择填空。
【解题过程】
根据定义，（1）的答案为A，（2）的答案为B。
根据选择功放管所关注它的参数，（3）的答案为B、D、E。 根据OCL电路功放管的功耗，（4）的答案为C。
【例9-2】图示为三种功率放大电路。已知图中所有晶体管的电流放大系数、饱和管压降的数值等参数完全相同，导通时b-e间电压可忽略不计；电源电压VCC和负载电阻RL均相等。填空：
（1）分别将各电路的名称（OCL、OTL或BTL）填入空内，图（a）所示为_______电路，图（b）所示为_______电路，图（c）所示为_______电路。
（2）静态时，晶体管发射极电位uE为零的电路为有_______。
（3）在输入正弦波信号的正半周，图（a）中导通的晶体管是_______，图（b）中导通的晶体管是_______，图（c）中导通的晶体管是_______。
（4）负载电阻RL获得的最大输出功率最大的电路为_______。 （5）效率最低的电路为_______。
【相关知识】
常用功率放大电路（OCL、OTL或BTL）。
【解题思路】
（1）根据三种功率放大电路（OCL、OTL或BTL）的结构特点来选择相应的电路填空。 （2）功率放大电路采用双电源供电时，其晶体管发射极电位uE为零。
（3）根据三种功率放大电路（OCL、OTL或BTL）的基本工作原理来选择相应的晶体管填空。 （4）分析三种功率放大电路的最大不失真输出电压，从而选出输出功率最大的电路。
（5）根据三种功率放大电路的最大输出功率以及功放管消耗的能量大小来确定效率最低的电路。
【解题过程】
（1）答案为OTL、OCL、BTL。
（2）由于图（a）和（c）所示电路是单电源供电，为使电路的最大不失真输出电压最大，静态应设置晶体管发射极电位为VCC/2。因此，只有图（b）所示的OCL电路在静态时晶体管发射极电位为零。因此答案为OCL。
（3）根据电路的工作原理，图（a）和（b）所示电路中的两只管子在输入为正弦波信号时应交替导通，图（c）所示电路中的四只管子在输入为正弦波信号时应两对管子（T1和T4、T2和T3）交替导通。 因此答案为T1，T1，T1和T4。
（4）在三个电路中，哪个电路的最大不失真输出电压最大，哪个电路的负载电阻RL获得的最大输出功率就最大。三个电路最大不失真输出电压的峰值分别为
，，
（5）根据（3）、（4）中的分析可知，三个电路中只有BTL电路在正弦波信号的正、负半周均有两只功放管的消耗能量，损耗最大，故转换效率最低。因而答案为（c）。
【例9-3】单电源互补功率放大电路如图所示。设功率管、的特性完全对称, 管子的饱和压降，发射结正向压降，，，，并且电容器和的容量足够大。
（1）静态时，A点的电位、电容器C两端压降和输入端信号中的直流分量分别为多大？ （2）动态时，若输出电压仍有交越失真，应该增大还是减小?
（3）试确定电路的最大输出功率、能量转换效率，及此时需要的输入激励电流的值； （4）如果二极管D开路，将会出现什么后果?
【相关知识】
甲乙类互补推挽功放电路的工作原理。
【解题思路】
（1）为了使单电源互补推挽功放电路输出信号正负两个半周的幅值对称，静态时，A点的电位应等于电源电压的一半，由此可推算电容器C两端压降和输入端信号中的直流分量的大小。 （2）分析产生交越失真的原因，讨论的作用。
（3）确定输出电压最大值，求解最大输出功率、能量转换效率及此时需要的输入激励电流的值。 （4）断开二极管，分析电路可能出现的状况。
【解题过程】
(1) 静态时，调整电阻、和，保证功率管和处于微导通状态，使A点电位等于电源电压的一半，即。此时耦合电容C被充电，电容C两端的电压；输入信号中的直流分量的大小，应保证输入信号接通后不影响放大电路的直流工作点，即。
(2) 电路中设置电位器和二极管D的目的是为功率管提供合适的静态偏置，从而减小互补推挽电路的交越失真。若接通交流信号后输出电压仍有交越失真，说明偏置电压不够大，适当增大电位器的值之后，交越失真将会减小。
（3） 功率管饱和时，输出电压的幅值达到最大值，则电路的最大输出功率
此功放电路的能量转换效率最大
当输出电压的幅值达最大值时，功率管基极电流的瞬时值应为
（4）当D开路时，原电路中由电位器和二极管D给功率管和提供微导通的作用消失。、、和的发射结及将构成直流通路，有可能使和管完全导通。若和的值较小时，将会出现，从而使功放管烧坏。
【例9-4】在图(a)所示电路中，已知二极管的导通电压UD≈0.7 V；晶体管导通时|UBE|均约为0.7 V，T1和T3的饱和管压降|UCES|=1 V。试问：
图(a)
（1）T1、T3和T5管基极的静态电位各为多少？
（2）设R3＝10kΩ，R4＝100Ω，且T1和T3管基极的静态电流可忽略不计，则T5管集电极静态电流约为多少？
（3）若静态时iB1＞iB3，则应调节哪个参数可使iB1＝iB3，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？ （5）若R3断路，则输出电压约为多少？
【相关知识】
OCL电路的工作原理、静态和动态分析方法。
【解题思路】
（1）根据静态时UO=0以及晶体管处于导通状态来确定T1、T3和T5管基极的静态电位。 （2）T5管集电极电流与R3的电流近似相等。
（3）降低T3管基极的静态电位可以减小iB3，从而使iB1＝iB3。
（4）根据T1和T3管基极之间的静态电位差的要求来确定二极管的个数。 （5）分析R3断路后各个晶体管的工作状态来分析输出电压。
【解题过程】
（1）因为静态时输出电压uO为0 V，所以T1、T3和T5管基极的静态电位分别为
UB1＝UBE2＋UBE1 ≈1.4 V
UB3＝0－UBE3 ≈－0.7 V
UB5＝－VCC＋UBE5 ≈－14.3 V
（2）静态时，T1和T3的基极电流可忽略不计，因而T5管集电极电流与R3、R4的电流近似相等，即
ICQ5 ≈ IR3 = UR3 / R3 =（VCC － UB1）/R3 ≈[（15－1.4）/10] mA=1.36 mA
因为R4上的电压约为T1管b-e间的导通电压UBE，所以若利用ICQ5 ≈ IR4 ≈ UBE/R4求解ICQ5，则UBE的实际值与0.7 V的差别必定使估算出的ICQ5产生很大的误差，故不能采用这种方法。
（3）若静态时iB1＞iB3，则应通过调整R4的阻值来微调T1和T3的基极电压。由于在调整R4时T5管的
基极电流不变，集电极电流也就不变，即R4中电流基本不变。因此，应增大R4以降低T5管集电极电位，即降低T3基极电位，使iB3增大，达到iB1与iB3相等的目的。
应当指出，在图（a）所示电路中，只有在产生较大误差，如静态时输出电压为几伏，才调整R3的阻值。
（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，消除交越失真；另一方面在交流通路中，D1和D2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。
（5）若R3断路，则R4和T1、T2两个支路都为断路，电路如图（b）所示。由图可知，T5、T3和T4组成复合管作为放大管，构成共射放大电路；而且，静态时各管子的电流如图中所标注，由于T5的基极回路没有变化，因而其集电极电流不变。
图(b)
应当指出，在OCL电路中，功放管在静态时基本不损耗功率，其选取依据是
PCM＞0.2× V CC/（2RL）
2
因而当电路产生故障时应首先分析功放管静态时的功耗，判断其是否会因功耗过大而损坏。 本题可能出现以下几种情况：
① 若T5、T3和T4均工作在放大状态，则负载电阻的静态电流
IL = IE3 + IC4 =（1+β3）IC5 + β3 β4 IC5
数值很大。此时，若T3和T4的管压降也比较大，则它们静态的集电极功耗将很大，以至于使之因过热而
② 如果电源电压几乎全
损坏。若它们损坏后短路，则uO＝－15 V；若它们损坏后断路，则uO＝0 V。部降在负载上，使T3饱和，则输出电压
uO=－VCC+（|UCES3|+UBE4）≈ [－15+（1+0.7）] V =－13.3 V
【例9-5】 电路如图所示。已知电源电压Vcc=15V，RL＝8Ω， UCES≈0，输入信号是正弦波。试问： (1) 负载可能得到的最大输出功率和能量转换效率最大值分别是多少？ (2) 当输入信号ui＝10sinωt V 时，求此时负载得到的功率和能量转换效率。
【相关知识】
乙类互补推挽功率放大电路性能指标。
【解题思路】
根据题目给定条件确定输出电压幅值的最大值，计算最大可能的输出功率和能量转换效率；估算电压增益，推算输出电压，求相应的输出功率和能量转换效率。
【解题过程】
(1) 图示电路为乙类互补推挽功率放大电路，最大的输出电压幅值，所以
W
（2）对每半个周期来说，电路可等效为共集电极电路，所以
Au≈1
uo＝ui＝10sinωt V
即
Uom＝10V
故
W
【例9-6】由集成运放作为前置级的功率放大电路的部分设计结果如图(a)所示。已知=100，=，=12V，功率管的饱和压降，耦合电容和的电容足够大。请按下述要求完成电路设计。 （1） 以稳定输出电压为目的，给电路引入合理的反馈； （2）当输入电压时，输出电压，选择反馈元件的参数； （3）确定电阻的阻值；
（4）试估算输入信号的幅值范围。
图 (a)
【相关知识】
（1）甲乙类互补推挽功放。 （2）运算放大器。 （3）负反馈。
【解题思路】
根据电压负反馈能稳定输出电压的结论，利用瞬时极性法判断相位关系，确定反馈信号的与输入信号的叠加方式。推导电路闭环增益，确定反馈元件的参数。根据输出电压的动态范围和闭环增益的大小，估算输入信号的幅值范围。
【解题过程】
﹙1﹚为了稳定电路输出电压，必须引入电压负反馈。利用瞬时极性法判断可知，反馈信号接到运放的反相输入端，或者接到电阻和电容之间都能构成负反馈。如果反馈信号接到和之间，静态时﹙﹚，运放会因反相输入端开路而不能正常工作。所以，反馈信号必须接到运放反相输入端，通过反馈网络给运放提供直流通路。完整的电路图如图(b)所示。
图 (b)
﹙2﹚由图(b)可知，本电路引入了电压串联负反馈，由于集成运放的增益很高，电路很容易满足深度负反馈条件。因而，本电路闭环增益的表达式为
=1+
题目要求=100mV时，=1V ，也就是要求=10，即=9=9×2=18
﹙3﹚电阻的选择应从静态和动态两个方面来考虑。静态情况下，=0时，运放两个输入端外接电阻应相等﹙减小输入偏置电流引起输出零点位移﹚，即==18；动态情况下，电路的输入电阻=18。若以提高输入电阻为目的，应增大。但是，当太大时，输入失调电流的影响将会增大。所以，电阻的阻值大小，应根据实际应用折中考虑。
﹙4﹚在电压放大倍数已知的条件下，估算输入信号的范围，实际上就是估算电路最大不失真的输出电压。本电路最大不失真输出电压幅值等于
=2()=
所以
===2V
也就是说，只要输出信号的幅值小于1V，输出电压就不会产生饱和失真。
【例9-7】在图示的电路中，已知运放性能理想，其最大的输出电流、电压幅值分别为15mA和15V。设晶体管和的性能完全相同，=60， 。试问：
（1）该电路采用什么方法来减小交越失真?请简述理由。
（2）如负载分别为20、10时，其最大不失真输出功率分别为多大?
【相关知识】
（1）乙类互补推挽功放。 （2）运算放大器。 （3）电压并联负反馈。
【解题思路】
（1）推导晶体管和即将导通时，管子发射结两端电压与输入电压关系，并由此分析电路减小交越失真的措施。
（2）根据运放输出电流和输出电压的最大值，确定功放电路输出电流和输出电压的最大值。在不同负载条件下，分析电路最大不失真输出功率是受输出电流的限制还是受输出电压的限制，从而可求出其最大不失真输出功率。
【解题过程】
（1）当输入信号小到还不足以使晶体管和导通时，电路中还没有形成负反馈。此时由电路图可列出以下关系式
与 和死区电压的关系为
当时，和未导通； 当时， 和导通。
由于运放的很大，即使非常小时， 或也会导通，与未加运放的乙类推挽功放电路相比，输入电压的不灵敏区减小了，从而减小了电路的交越失真。 （2）由图可知，功放电路最大的输出电流幅值为
最大的输出电压幅值为
当时，因为，那么，受输出电压的限制，电路的最大输出功率为
当时，因为，受输出电流的限制，电路的最大输出功率为
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