2022年模电训练题及答案第八章 .pdf

【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. B. ICM C. ICBO D. U（BR）CEOE. PCMF. 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【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。【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精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 9 页大的电路。（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）。【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 两端压降和精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 9 页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。【4】在图(a)所示电路中，已知二极管的导通电压UD0.7 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：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 9 页图(a) （1）T1、T3和 T5管基极的静态电位各为多少？（2）设 R310k，R4100，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 iB1iB3，则应调节哪个参数可使iB1iB3，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 iB1iB3。（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UB1UBE2UBE1 1.4 VUB30UBE3 0.7 V UB5VCCUBE5 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 （151.4）/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 iB1iB3，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。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 9 页（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PCM0.2 V 2CC/（2RL）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： 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+3）IC5 + 3 4 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损坏。若它们损坏后短路，则uO15 V；若它们损坏后断路，则 uO0 V。 如果电源电压几乎全部降在负载上，使T3饱和，则输出电压uO=VCC+ （|UCES3|+UBE4） 15+ （1+0.7） V =13.3 V 【5】 电路如图所示。已知电源电压Vcc=15V，RL8， UCES0 ，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 ui10sin t V 时， 求此时负载得到的功率和能量转换效率。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 9 页【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Au1uoui10sin t V即Uom10V 故W 【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。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 9 页（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=183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。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 9 页【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精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 9 页当时，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精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 9 页