模電訓(xùn)練題及答案第八章

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1、【1】選擇合適的答案填入空內(nèi)。 （ 1）功率放大電路的最大輸出功率是在輸入電壓為正弦波時(shí)， 輸出基本不 失真情況下，負(fù)載上可能獲得的最大 。 A. 交流功率 B. 直流功率 C. 平均功率 （2）功率放大電路的轉(zhuǎn)換效率是指 。 A. 輸出功率與晶體管所消耗的功率之比 B. 最大輸出功率與電源提供的平均功率之比 C. 晶體管所消耗的功率與電源提供的平均功率之比 （3）在選擇功放電路中的晶體管時(shí)，應(yīng)當(dāng)特別注意的參數(shù)有 。 A. β B. ICM C. ICBO D. U（BR） CEO E. PCM F. fT （4）在 OCL 乙類功放電路中，若最大輸出功率為 1 W，則

2、電路中功放管 的集電極最大功耗約為 。 A. 1 W B. 0.5 W C. 0.2 W 【解題過程】 根據(jù)定義，（ 1）的答案為 A，（ 2）的答案為 B。 根據(jù)選擇功放管所關(guān)注它的參數(shù)，（ 3）的答案為 B、D、E。 根據(jù) OCL 電路功放管的功耗，（ 4）的答案為 C。 【2】圖示為三種功率放大電路。已知圖中所有晶體管的電流放大系數(shù)、飽和管 壓降的數(shù)值等參數(shù)完全相同，導(dǎo)通時(shí) b-e 間電壓可忽略不計(jì)；電源電壓 VCC和負(fù) 載電阻 RL 均相等。填空： （1）分別將各電路的名稱（ OCL、OTL 或 BTL ）填入空內(nèi)，圖（ a）所示 為 電路，圖（ b）所示為 電

3、路，圖（ c）所示為 電路。 （2）靜態(tài)時(shí)，晶體管發(fā)射極電位 uE 為零的電路為有 。 （ 3）在輸入正弦波信號(hào)的正半周，圖（ a）中導(dǎo)通的晶體管是 ，圖 （b）中導(dǎo)通的晶體管是 ，圖（ c）中導(dǎo)通的晶體管是 。 （4）負(fù)載電阻 RL 獲得的最大輸出功率最大的電路為 。 （5）效率最低的電路為 。 【相關(guān)知識(shí)】 常用功率放大電路（ OCL、OTL 或 BTL ）。 【解題思路】 （1）根據(jù)三種功率放大電路（ OCL、OTL 或 BTL ）的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來選擇相 應(yīng)的電路填空。 （2）功率放大電路采用雙電源供電時(shí)，其晶體管發(fā)射極電位 uE 為零。 （3）根據(jù)三種功率

4、放大電路（ OCL、OTL 或 BTL ）的基本工作原理來選 擇相應(yīng)的晶體管填空。 （ 4）分析三種功率放大電路的最大不失真輸出電壓， 從而選出輸出功率最 大的電路。 （5）根據(jù)三種功率放大電路的最大輸出功率以及功放管消耗的能量大小來 確定效率最低的電路。 【解題過程】 （1）答案為 OTL 、OCL、BTL 。 （2）由于圖（ a）和（ c）所示電路是單電源供電，為使電路的最大不失真 輸出電壓最大，靜態(tài)應(yīng)設(shè)置晶體管發(fā)射極電位為 VCC/2。因此，只有圖（ b）所 示的 OCL 電路在靜態(tài)時(shí)晶體管發(fā)射極電位為零。因此答案為 OCL 。 （3）根據(jù)電路的工作原理，圖（ a）和（ b

5、）所示電路中的兩只管子在輸入 為正弦波信號(hào)時(shí)應(yīng)交替導(dǎo)通，圖（ c）所示電路中的四只管子在輸入為正弦波信 號(hào)時(shí)應(yīng)兩對(duì)管子（ T1和 T4、T2 和 T3）交替導(dǎo)通。 因此答案為 T1，T1，T1 和 T4。 （4）在三個(gè)電路中，哪個(gè)電路的最大不失真輸出電壓最大，哪個(gè)電路的負(fù) 載電阻 RL 獲得的最大輸出功率就最大。三個(gè)電路最大不失真輸出電壓的峰值分 別為 ，， （5）根據(jù)（ 3）、（4）中的分析可知，三個(gè)電路中只有 BTL 電路在正弦波 信號(hào)的正、負(fù)半周均有兩只功放管的消耗能量，損耗最大，故轉(zhuǎn)換效率最低。因 而答案為（ c）。 【 3】單電源互補(bǔ)功率放大電路如圖所示。設(shè)功率管 、 的特

6、性完全對(duì)稱 , 管 子的飽和壓降 ，發(fā)射結(jié)正向壓降 ， ， ， ，并且電容器 和 的容量足夠大。 （1）靜態(tài)時(shí)， A 點(diǎn)的電位 、電容器 C 兩端壓降 和輸入端信號(hào)中的 直流分量 分別為多大？ （2）動(dòng)態(tài)時(shí)，若輸出電壓仍有交越失真， 應(yīng)該增大還是減小 ? （ 3）試確定電路的最大輸出功率 、能量轉(zhuǎn)換效率 ，及此時(shí)需要的輸 入激勵(lì)電流 的值； （4）如果二極管 D 開路，將會(huì)出現(xiàn)什么后果 ? 【相關(guān)知識(shí)】 甲乙類互補(bǔ)推挽功放電路的工作原理。 【解題思路】 （1）為了使單電源互補(bǔ)推挽功放電路輸出信號(hào)正負(fù)兩個(gè)半周的幅值對(duì)稱， 靜態(tài)時(shí)， A 點(diǎn)的電位應(yīng)等于電源電壓的一半，由此

7、可推算電容器 C 兩端壓降和 輸入端信號(hào)中的直流分量的大小。 （2）分析產(chǎn)生交越失真的原因，討論 的作用。 （3）確定輸出電壓最大值，求解最大輸出功率、能量轉(zhuǎn)換效率及此時(shí)需要 的輸入激勵(lì)電流的值。 （4）斷開二極管，分析電路可能出現(xiàn)的狀況。 【解題過程】 （1） 靜態(tài)時(shí)，調(diào)整電阻 、 和 ，保證功率管 和 處于微導(dǎo)通狀態(tài)， 使 A 點(diǎn)電位 等于電源電壓的一半，即 。此時(shí)耦合電容 C 被 充電，電容 C 兩端的電壓 ；輸入信號(hào)中的直流分量的大小，應(yīng) 保證輸入信號(hào)接通后不影響放大電路的直流工作點(diǎn)，即 。 （2） 電路中設(shè)置電位器 和二極管 D 的目的是為功率管提供合適的靜態(tài) 偏置，從

8、而減小互補(bǔ)推挽電路的交越失真。 若接通交流信號(hào)后輸出電壓仍有交越 失真，說明偏置電壓不夠大， 適當(dāng)增大電位器 的值之后， 交越失真將會(huì)減小。 （3） 功率管飽和時(shí)，輸出電壓的幅值達(dá)到最大值，則電路的最大輸出功 此功放電路的能量轉(zhuǎn)換效率最大 當(dāng)輸出電壓的幅值達(dá)最大值時(shí)，功率管基極電流的瞬時(shí)值應(yīng)為 （4）當(dāng) D開路時(shí)，原電路中由電位器 和二極管 D 給功率管 和 提供 微導(dǎo)通的作用消失。 、 、 和 的發(fā)射結(jié)及 將構(gòu)成直流通路，有可能 使 和 管完全導(dǎo)通。若 和 的值較小時(shí)，將會(huì)出現(xiàn) ， 從而使功放 管燒壞。 【4】在圖（a）所示電路中，已知二極管的導(dǎo)通電壓 UD

9、≈0.7 V；晶體管導(dǎo)通時(shí) |UBE| 均約為 0.7 V，T1和T3的飽和管壓降 |UCES|=1 V。試問： 圖（a） （1）T1、T3和 T5管基極的靜態(tài)電位各為多少？ （2）設(shè) R3＝10kΩ，R4＝100Ω，且T1和 T3管基極的靜態(tài)電流可忽略不計(jì)， 則 T5管集電極靜態(tài)電流約為多少？ （3）若靜態(tài)時(shí) iB1>iB3，則應(yīng)調(diào)節(jié)哪個(gè)參數(shù)可使 iB1＝iB3，如何調(diào)節(jié)？ （4）電路中二極管的個(gè)數(shù)可以是 1、2、3、4 嗎？你認(rèn)為哪個(gè)最合適？為 什么？ （5）若 R3 斷路，則輸出電壓約為多少？ 【相關(guān)知識(shí)】 OCL 電路的工作原理、靜態(tài)和動(dòng)態(tài)分析方法。 【解題思

10、路】 （1）根據(jù)靜態(tài)時(shí) UO=0以及晶體管處于導(dǎo)通狀態(tài)來確定 T1、T3和 T5管基 極的靜態(tài)電位。 （2）T5管集電極電流與 R3的電流近似相等。 （3）降低 T3管基極的靜態(tài)電位可以減小 iB3，從而使 iB1＝iB3。 （4）根據(jù) T1和 T3管基極之間的靜態(tài)電位差的要求來確定二極管的個(gè)數(shù)。 （5）分析 R3斷路后各個(gè)晶體管的工作狀態(tài)來分析輸出電壓。 【解題過程】 （1）因?yàn)殪o態(tài)時(shí)輸出電壓 uO為 0 V，所以 T1、T3和 T5管基極的靜態(tài)電位 分別為 UB1＝UBE2＋UBE1 ≈1.4 V UB3＝0－UBE3 ≈－0.7 V UB5＝－VCC＋UBE5 ≈－14

11、.3 V （2）靜態(tài)時(shí)，T1和 T3 的基極電流可忽略不計(jì)，因而 T5管集電極電流與 R3、 R4的電流近似相等，即 ICQ5 ≈ RI3 = UR3 / R3 =（VCC － UB1）/R3 ≈（[15－ 1.4） /10] mA=1.36 mA 因?yàn)?R4上的電壓約為 T1管 b-e間的導(dǎo)通電壓 UBE，所以若利用 ICQ5 ≈ RI4 ≈ UBE/R4求解 ICQ5，則 UBE的實(shí)際值與 0.7 V 的差別必定使估算出的 ICQ5產(chǎn)生很大 的誤差，故不能采用這種方法。 （3）若靜態(tài)時(shí) iB1>iB3，則應(yīng)通過調(diào)整 R4 的阻值來微調(diào) T1和 T3的基極電 壓。由于在調(diào)整 R4時(shí)

12、T5管的基極電流不變，集電極電流也就不變，即 R4中電 流基本不變。因此，應(yīng)增大 R4 以降低 T5 管集電極電位，即降低 T3基極電位， 使 iB3 增大，達(dá)到 iB1 與 iB3 相等的目的。 應(yīng)當(dāng)指出，在圖（ a）所示電路中，只有在產(chǎn)生較大誤差，如靜態(tài)時(shí)輸出電 壓為幾伏，才調(diào)整 R3 的阻值 （ 4）采用如圖所示兩只二極管加一個(gè)小阻值電阻合適， 也可只用三只二極 管。這樣一方面可使輸出級(jí)晶體管工作在臨界導(dǎo)通狀態(tài)， 消除交越失真； 另一方 面在交流通路中， D1和 D2 管之間的動(dòng)態(tài)電阻又比較小，可忽略不計(jì)，從而減小 交流信號(hào)的損失。 （5）若 R3斷路，則 R4和 T1、T2兩個(gè)

13、支路都為斷路，電路如圖（ b）所示。 由圖可知， T5、T3和 T4組成復(fù)合管作為放大管，構(gòu)成共射放大電路；而且，靜 態(tài)時(shí)各管子的電流如圖中所標(biāo)注，由于 T5 的基極回路沒有變化，因而其集電極 電流不變。 圖（b） 應(yīng)當(dāng)指出，在 OCL 電路中，功放管在靜態(tài)時(shí)基本不損耗功率，其選取依據(jù) 是 PCM>0.2 × V 2CC/（2RL） 因而當(dāng)電路產(chǎn)生故障時(shí)應(yīng)首先分析功放管靜態(tài)時(shí)的功耗， 判斷其是否會(huì)因功 耗過大而損壞。 本題可能出現(xiàn)以下幾種情況： ① 若 T5、T3 和 T4均工作在放大狀態(tài)，則負(fù)載電阻的靜態(tài)電流 IL = IE3 + IC4 =（1+β3）IC5 + β3

14、 β4 IC5 數(shù)值很大。此時(shí)，若 T3和 T4的管壓降也比較大， 則它們靜態(tài)的集電極功耗將 很大，以至于使之因過熱而損壞。若它們損壞后短路，則 uO＝－15 V；若它們 損壞后斷路，則 uO＝0 V。 ② 如果電源電壓幾乎全部降在負(fù)載上，使 T3飽 和，則輸出電壓 uO=－VCC+（|UCES3|+UBE4）≈ －［ 15+（1+0.7）］ V =－ 13.3 V 【5】 電路如圖所示。已知電源電壓 Vcc=15V ，RL＝8Ω， UCES≈0，輸入信號(hào)是 正弦波。試問： （1） 負(fù)載可能得到的最大輸出功率和能量轉(zhuǎn)換效率最大值分別是多少？ （2） 當(dāng)輸入信號(hào) ui＝10sin ωt

15、 V 時(shí)，求此時(shí)負(fù)載得到的功率和能量轉(zhuǎn)換效率。 【相關(guān)知識(shí)】 乙類互補(bǔ)推挽功率放大電路性能指標(biāo)。 【解題思路】 根據(jù)題目給定條件確定輸出電壓幅值的最大值，計(jì)算最大可能的輸出功率 和能量轉(zhuǎn)換效率； 估算電壓增益， 推算輸出電壓， 求相應(yīng)的輸出功率和能量轉(zhuǎn)換 效率。 【解題過程】 （1） 圖示電路為乙類互補(bǔ)推挽功率放大電路，最大的輸出電壓幅值 ，所以 W 2）對(duì)每半個(gè)周期來說，電路可等效為共集電極電路，所以 Au≈1 uo＝ui＝ 10sin ωt V Uom＝ 10V 【 6】由集成運(yùn)放作為前置級(jí)的功率放大電路的部分設(shè)計(jì)結(jié)果如圖 （a）所示。已知 =100 ， = ， =12

16、V，功率管的飽和壓降 ，耦合電容 和 的電容足夠大。請(qǐng)按下述要求完成電路設(shè)計(jì)。 （1） 以穩(wěn)定輸出電壓為目的，給電路引入合理的反饋； （ 2）當(dāng)輸入電壓 時(shí)，輸出電壓 ，選擇反饋元件的參數(shù)； （3）確定電阻 的阻值； （4）試估算輸入信號(hào) 的幅值范圍。 相關(guān)知識(shí)】 （1）甲乙類互補(bǔ)推挽功放 (2)運(yùn)算放大器。 (3) 負(fù)反饋。 【解題思路】 根據(jù)電壓負(fù)反饋能穩(wěn)定輸出電壓的結(jié)論，利用瞬時(shí)極性法判斷相位關(guān)系， 確定反饋信號(hào)的與輸入信號(hào)的疊加方式。 推導(dǎo)電路閉環(huán)增益， 確定反饋元件的參 數(shù)。根據(jù)輸出電壓的動(dòng)態(tài)范圍和閉環(huán)增益的大小，估算輸入信號(hào)的幅值范圍。 【解題過程】

17、 ﹙1﹚為了穩(wěn)定電路輸出電壓， 必須引入電壓負(fù)反饋。 利用瞬時(shí)極性法判斷 可知，反饋信號(hào)接到運(yùn)放的反相輸入端，或者接到電阻 和電容 之間都能構(gòu) 成負(fù)反饋。如果反饋信號(hào)接到 和 之間，靜態(tài)時(shí)﹙ ﹚，運(yùn)放會(huì)因反相輸 入端開路而不能正常工作。 所以， 反饋信號(hào)必須接到運(yùn)放反相輸入端， 通過反饋 網(wǎng)絡(luò)給運(yùn)放提供直流通路。完整的電路圖如圖 (b)所示。 圖 (b) ﹙2﹚由圖 (b)可知，本電路引入了電壓串聯(lián)負(fù)反饋，由于集成運(yùn)放的增益很 高，電路很容易滿足深度負(fù)反饋條件。因而，本電路閉環(huán)增益的表達(dá)式為 = 1+ 題目要求 =100mV 時(shí)， =1V ，也就是要求 =10，即 =9 =9×2

18、=18 ﹙3﹚電阻 的選擇應(yīng)從靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩個(gè)方面來考慮。靜態(tài)情況下， =0 時(shí) ，運(yùn)放兩個(gè)輸入端外接電阻應(yīng)相等﹙減小輸入偏置電流引起輸出零點(diǎn)位 移﹚，即 = =18 ；動(dòng)態(tài)情況下，電路的輸入電阻 =18 。若以提 高輸入電阻為目的，應(yīng)增大 。但是，當(dāng) 太大時(shí)，輸入失調(diào)電流的影響將會(huì) 增大。所以，電阻 的阻值大小，應(yīng)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用折中考慮。 ﹙4﹚在電壓放大倍數(shù)已知的條件下， 估算輸入信號(hào)的范圍， 實(shí)際上就是估 算電路最大不失真的輸出電壓。本電路最大不失真輸出電壓幅值等于 =2( )= 所以 = = =2V 也就是說，只要輸出信號(hào)的幅值小于 1V ，輸出電壓就不會(huì)產(chǎn)生飽和失真。 【7

19、】在圖示的電路中，已知運(yùn)放性能理想，其最大的輸出電流、電壓幅值分別 為 15mA 和 15V 。設(shè)晶體管 和 的性能完全相同， =60， 。試 問： （1）該電路采用什么方法來減小交越失真 ?請(qǐng)簡(jiǎn)述理由。 （ 2）如負(fù)載 分別為 20 、10 時(shí)，其最大不失真輸出功率分別為多大 ? 【相關(guān)知識(shí)】 （1）乙類互補(bǔ)推挽功放。 （2）運(yùn)算放大器。 （3）電壓并聯(lián)負(fù)反饋 【解題思路】 （1）推導(dǎo)晶體管 和 即將導(dǎo)通時(shí)，管子發(fā)射結(jié)兩端電壓與輸入電壓關(guān) 系，并由此分析電路減小交越失真的措施。 （ 2）根據(jù)運(yùn)放輸出電流和輸出電壓的最大值， 確定功放電路輸出電流和輸 出電壓的最大值。

20、 在不同負(fù)載條件下， 分析電路最大不失真輸出功率是受輸出電 流的限制還是受輸出電壓的限制，從而可求出其最大不失真輸出功率。 【解題過程】 （1）當(dāng)輸入信號(hào)小到還不足以使晶體管 和 導(dǎo)通時(shí)，電路中還沒有形 成負(fù)反饋。此時(shí)由電路圖可列出以下關(guān)系式 與 和 死區(qū)電壓 的關(guān)系為 當(dāng) 時(shí)， 和 未導(dǎo)通； 當(dāng) 時(shí)， 和 導(dǎo)通。 由于運(yùn)放的 很大，即使 非常小時(shí)， 或 也會(huì)導(dǎo)通， 與未加運(yùn)放的 乙類推挽功放電路相比， 輸入電壓的不靈敏區(qū)減小了， 從而減小了電路的交越失 真。 （2）由圖可知，功放電路最大的輸出電流幅值為 最大的輸出電壓幅值為 當(dāng) 時(shí)，因?yàn)?，那么，受輸出電壓的限制， 電路的最大輸出功率為 當(dāng) 時(shí)，因?yàn)?電路的最大輸出功率為 ，受輸出電流的限制，