5功率放大电路 5.1.1在甲类、乙类和甲乙类放大电路中,放大管的导通角分别等于多少?它们中哪一类放 大电路效率最高? 解在输入正弦信号情况下,通过三极管的电流ic不出现截止状态(即导通角0=2x)的称 为甲类;在正弦信号一个周期中,三极管只有半个周期导通(0=)的称为乙类;导通时间大于半 周而小于全周(x<0<2)的称为甲乙类。其中工作于乙类的放大电路效率最高,在双电源的互 补对称电路中,理想情况下最高效率可达78.5%。 52.1在图题5.2.1所示电路中,设BJT的B=100 =0.7V,Vcs=0.5V,Icm=0,电容C对交流可视为 短路。输人信号v为正弦波。(1)计算电路可能达到的 最大不失真输出功率Pom;(2)此时Rb应调节到什么数 值?(3)此时电路的效率n=?试与工作在乙类的互补对 称电路比较。 解(1)求P。m Pn=(Ve-VEs)/(2√2)]2 图题5.2.1 [(12-0.5)(22) W≈2.07W 求R 考虑到Io= Vcc- VcEs 12 V-0.5 V 2R1 2×80 c0.72A (Vc-Vm)B(12-0.7)V×100 R 0.72A ≈15700 2.07W 显然,比工作于乙类的互补对称电路的理想效率低很多 5.2.2一双电源互补对称电路如图题5.2.2所示,设已知Vcc=12V,R1=160,v1为正弦 波。求:(1)在BJT的饱和压降Vxs可以忽略不计的条件下,负载上可能得到的最大输出功率 Po;(2)每个管子允许的管耗PcM至少应为多少?(3)每个管子的耐压|V(co应大于多 解(1)输出功率
P2R12×16a=4.5wy (12V)2 o+Vcr (2)每管允许的管耗 Pcw≥0.2Pm=0.2×4.5W=0.9W T (3)每管的耐压 IVco|≥2Vc=2×12V=24V 52.3在图题5.2.2所示电路中,设v为正弦波,R 8,要求最大输出功率P=9W。试求在BJT的饱和 压降Vc可以忽略不计的条件下,求:(1)正、负电源V 的最小值;(2)根据所求vm最小值,计算相应的1c 图题5.2.2 V( aRcEo I的最小值;(3)输出功率最大(P==9W)时,电 源供给的功率Py(4)每个管子允许的管耗P的最小值;(5)当输出功率最大(Pm=9W)时 的输入电压有效值。 解(1)Vcc的最小值 由 可求得 Vce≥√2R1P。=√2×8×9W=12V (2)Ic和V(mco的最小值 R18 1.5A V(mcm1≥2vc=2×12V=24V (3)求Py 设Ic为电流平均值,则 2vc2×(12V)2 PV=2VCCIC(Av)TRi ≈11.46W (4)Pc的最小值 PcM≥0.2P==0.2×9W=1.8W (5)输入电压有效值 V≈V≈Va2≈8.49V 524设电路如图题5.2.2所示,管子在输入信号v1作用下,在一周期内T1和T2轮流导 电约180°,电源电压Vcc=20V,负载R1=89,试计算 (1)在输入信号V1=10V(有效值)时,电路的输出功率、管耗、直流电源供给的功率和效 (2)当输入信号0的幅值为V==V=20V时,电路的输出功率管耗直流电源供给的 功率和效率。长全三 解(1)V=10V时
Vm=√2V=√2×10V=14V,A=1 AyVim=14 V 输出功率 12.25W OtBTIRLE 每管的管耗 21 (3一)W=3Bw 两管的管耗 n=10.04W 电源供给的功率Pv=P+Pr=12.25+10.04=22.29W 率 =p×100%=2.29×10%54.96% (2) Vim=Vcc=20 V Hf, Vm=AyVm= Vc=20 V 20 Pr=2P π4 Py=Pa+Pr=25+6.85=31.85W 7=P×100%=31.85×100%≈78.5% 5.3.1一单电源互补对称功放电路如图题5.3.1所示, 设v为正弦波,R1=8a,管子的饱和压降Vcs可忽略不计。 试求最大不失真输出功率P。(不考虑交越失真)为9W时 电源电压Vcc至少应为多大? 解由 (Vcc/2)2 V2 则有 Vc≥√8R1Pm=√8×8×9w=24V 5.3.2在图题5.3.1所示单电源互补对称电路中,设 v=12V,R1=8,C的电容量很大,,为正弦波,在忽 图题531 管子饱和压降Vc情况下,试求该电路的最大输出功率P Q 53.3一单电源互补对称电路如图题5.3.3所示,设T1、T2的特性完全对称,v;为正弦波, Vcc=12V,R1=80。试回答下列问题:(1)静态时,电容C2两端电压应是多少?调整哪个电
阻能满足这一要求?(2)动态时,若输出电压vo出 现交越失真,应调整哪个电阻?如何调整?(3)若 R1=R3=1,1k,T1和T2的B 0.7V,Pas=400mW,假设D1、D2、R2中任意一个20 开路,将会产生什么后果 解(1)静态时,C2两端电压应为Vc2 立D Va=6V,调整R1或R3可满足这一要求。 立D (2)若v0出现交越失真,可增大R2。 (3)若D1、D2或R2中有一个开路,则由于T1、 T2的静态功耗为 Vc-2 VHEI Vc 图题5.3.3 40×12V-2×0.7V、12V 2,2kQ 21156mW 即P1=P>P,所以会烧坏功放管。 5.34在图题5.3.3所示单电源互补对称电路中,已知Vc=35V,R1=35g,流过负载 电阻的电流为i。=0,45c0sot(A)。求:(1)负载上所能得到的功率P;(2)电源供给的功率 解(1)负载得到的功率 P R1=(0.45A 350=3.5 (2)电源供给的功率 P,=Vals=Vva0.45A=35w×045A≈5w 5.3.5一双电源互补对称电路如图题5.3.5所示 (图中未画出T3的偏置电路),设输入电压v1为正弦, 立D 电源电压Vc=24V,R=160,由T3管组成的放大电 D 路的电压增益△ve/△vs=-16,射极输出器的电压增益 为,试计算当输人电压有效值V=1V时,电路的输出0 功率P。、电源供给的功率Pv两管的管耗Pr以及效率 解电路的输出功率P、电源供给的功率Py、两管 的管耗P1及效率n分别为 P.=V=(16V)=(16×1y2=16w R 16a 图题5 Pr-2(Vec Mva
2「Vx×162V(162V,)2 2「24 16 Pv=Pr+P。=5.6W+16W=21.6W P Py ×100%≈74.1% 53.6某集成电路的输出级如图题5.3.6所 示。试说明:(1)R1、R2和T3组成什么电路,在 电路中起何作用:(2)恒流源r在电路中起何作 用;(3)电路中引人D1、D2作为过载保护,试说明 其理由。 解(1)R1、R2和T3组成“Vm扩大电路” T集电极与发射极间的电压Vcg为互补推挽输 出级提供一个偏置电压,可克服输出波形中的交越 失真。这里Vc3可根据功率放大管的工作状态加 以调节。因为T3的Vm基本上为一固定值(0.6 0.7V),只要流过电阻R1、R2的电流远大于基 极电流I3,则Vc=WmxV画,R1= 图题5.3.6 (+是)政变、R的阻值比即可调节v (2)恒流源I为T1、T2管的有源负载,可提高本级的电压放大倍数。 (3)当正向电流过大时,V3增大使D导通,此时送到T4的基极电流将有一部分经D1旁 路,从而使T4的输出电流受到限制。同理,当负向电流过大时,D2导通,将T,基极电流的一部 分经D2旁路,限制了T和T的电流,故D1、D2起到了过载保护作用。 信号输出(即喇叭不响)时,输出级BJT的损耗最小,你认为这种说法对不对?为什么?后,无 537现有一半导体收音机,输出级采用图题5.3.7a所示电路。有人说,当电源接通后,无 解图题53.7a电路属于甲类功率放大器,在有信号或无信号输入时,集电极电流的平均 值基本相同,即电源供给的功率基本相同。无信号输出时,电源供给的功率全部消耗在管子的集 电结和偏流电路中,而有信号时,电源功率有一部分要供给负载,这时管耗反而小了。因此,题中 说法是错误的。 53.8在如图题5.3.7a所示电路中,试用图解法求出负载上的输出功率和效率。设输出变 压器效率为80%。T型号为3AX22,其输出特性如图题5.37b所示。 提示;此题的等效交流负载电阻R1=(x)R.M、N分别为变压器初次级绕组的 解由电路可求得
N r:10:1 3AX22 p 0246810-vce/V 图题5.3.7 R VB=R+R(-Vx)=0.68+13x(-6V)=-0.298V (VB-Vm)-(-0.298+0.2)V R 5.5 ≈17.8mA VcE=-Vec +IcR.a-Vcc=6v 电路的交流负载电阻 R 350 在输出特性曲线上,过Q点(-6V,17.8mA)作交流 负载线MN,如图解5.3.8所示。可求得三极管最大 输出电压和电流的幅值近似为 I-I 图解5 ≈I=17.8mA ≈Vcc=6V 故管子集电极输出功率P=1=V=5×17.8×6mW≈53,4mW0 负载上的输出功率P=P×80%=53.4W×80%≈42.7mW 效率nPy 。Ve×100%=42.7 ×100%=P 17.8× 100%≈40% 5.39一个简易手提式小型扩音机的输出级如图题5.3.9所示。(1)试计算负载上的输出
功率和扩音机效率;(2)验算功率BJT3AD1的定额是否超过。 提示:(1)电路基本上工作在乙类,Tr2内阻 可忽略,变压器效率为0.8。管子3AD1的 Vcm|=30V,Icw=1.5A,PcM=1W(加散 680 热片150×150×3mm3时为8W)。(2)此题的 等效交流负载电阻R1=(N2)R1。(3)可参考 双电源互补对称电路的有关计算公式算出BT 集电极输出功率,再乘以变压器效率就得负载 R1上的输出功率 解(1)计算P。、P、和 集电极输出功率Pa、负载R1上得到的功 图题5.3.9 率P。、电源供给的功率P、和效率分别为 P∞=2R 2/100 8 =9w Pn=Pn=9×0.8=7.2W P 2 11.5W 100 ×100%=7.2 100%≈62.6% (2)验算:通过管子的最大电流 1.5A 管子实际承受的最大反向电压 CEnx 2Vcc=24 V 每只管子的最大管耗 Pn=Pn2=(P、-P)2=(11.5 未超过3AD1的定额,故可用。 5.4.1一个用集成功放LM384组成的功率放大电路如图题5.4.1所示。已知电路在通带 内的电压增益为40dB,在R1=8时不失真的最大输出电压(峰一峰值)可达18V。当v1为正 弦信号时,求:(1)最大不失真输出功率Pm;(2)输出功率最大时的输入电压有效值。 解(1)最大输出功率 18V 2R12×8a≈5.1W
(2)输入电压有效值 并大是 考虑到Vm=3×18V=9V,而20gAy=40dB, 即A=100,因此 9 V 100=0 V 0.09V ≈0.64mV 54.200集成功率放大器的一种应用电路如图题 4.2所示,假定其输出级BJT的饱和压降Vcs可以忽略不 计,v为正弦波电压。(1)指出该电路是属于OTL还是OCL 图题5.4.1 电路;(2)求理想情况下最大输出功率P;(3)求电路输出 级的效率n。 +15V 20kn 100 uF d-15 图题5,4.2 解(1)属于OCL电路 (2)最大输出功率 2R12 14.06 (3)效率 电源供给的功率P、和效率n分别为 P=2…c=2×(15y)=179W I RL T 8Q P。14.06 7=p 17.9≈78.5% PSPICE习题解答 PS1一双电源互补对称电路形式如图PSE5.1a所示,已知Vc=12V,R1=169,v为正 弦波电压,试分别画出Py、P、P1随V。/Vc变化的曲线,求出负载上可能得到的最大功率
P=及最大管耗Pn 解设置直流扫描分析,得Py、P、Pn随V。Vcc变化的曲线如图解PS5.1所示,由图中 看出,负载上可能得到的最大功率P。=3.6952W,最大管耗Pmm=1.1036W。由于饱和压降 的存在,V。m=12*0.906=10.872V<Vcc,因此最大管耗1.1036W大于0.2P。 (906.175m,36952) Py 2.M(497.014m,11036) 2N3904 PT1 N3906 0.5 U(Uo)/U1(Ucc) 图解PS5,1 图PSE5.1(a) PS52-OTL电路如图题5.3.1所示,设v1为正弦波电压,C=1000F,T1采用2N3904, T2采用2N3906,R1=8a。试求最大不失真输出功率为9W时,电源电压Vc至少应为多大? 解先取一较大值Vc如40V,然后对v;进行扫描,并进行瞬态分析,观察不失真条件下 输出功率(VRL*IRL/2)为9W时对应的v;值。确定v值后,再对Vcc扫描,并进行瞬态分析, 得到电源电压Vcc至少应为32V。 PS5.3在图题5.3.3所示单电源互补对称电路中,已知Vc=35V,R1=350,R2=0,R1 R3=1k0,C1=10pF,C2=1000gF,D、D2采用1N4148,T1、T2分别采用2N222和 2N2907A,流过负载电阻的电流i=0.4 cOS (t(A)。求:(1)负载上所能得到的功率P;(2)电 源供给的功率Py。 解设置瞬态分析,在i=0.40A时,V=14.1V,扫描时间定为一个周期,P。曲线为 1000*35*S(I(RL)*I(RL)),Pv曲线为1000*V(Vc:+)*S(I(Vc),可得 (1)负载上的功率P。=2.72W (2)电源供给的功率Py=4.8W。 注:V的频率为1kHB0=2x100.-=2x/Rdm),云元vaa) 正一
