低频功率放大器习题（精选5篇）
【课题】
4.1低频功率放大器概述
【教学目的】
1．了解低频功率放大器基本要求。2．掌握功率放大器的三种工作状态。3．了解功率放大器的常用耦合方式。【教学重点】
1．低频功率放大器基本要求。2．低频功率放大器的分类。【教学难点】
1．低频功率放大器基本要求。2．功率放大器的三种工作状态。【教学参考学时】
1学时 【教学方法】
讲授法 【教学过程】
一、引入新课
1．复习电压放大器主要任务。
2．列举低频功率放大器的应用：如扩音系统或收音机电路中的功放电路。
二、讲授新课
4.1.1低频功率放大电路的基本要求
功率放大器作为放大电路的输出级, 具有以下几个特点和基本要求： 1．能向负载输出足够大的不失真功率
由于功率放大器的主要任务是向负载提供不失真的信号功率，因此，功率放大器应有较高的功率增益，即应有较高的输出电压和较大的输出电流。
2．有尽可能高的能量转换效率
功率放大器实质上是一个能量转换器，它将电源供给的直流能量转换成交流信号的能量输送给负载，因此，要求其转换效率高。
3．尽可能小的非线性失真
由于输出信号幅度要求较大，功放管（三极管）大都工作在饱和区与截止区的边沿，因此，要求功放管的极限参数ICm、PCm、V（BR）CEO等除应满足电路正常工作外还要留有一定余量，以减小非线性失真。4．功放管散热性能要好
直流电源供给的功率除了一部分变成有用的信号功率以外，还有一部分通过功放管以热的形式散发出去（管耗），因此，降低结温是功率放大器要解决的一个重要问题。4.1.2低频功率放大器的分类
1．按电路工作状态分类（1）甲类功放电路
甲类功放电路中的功放管始终工作在三极管输出特性曲线的线性部分如图4.1（a）所示，即在输入信号的整个周期内，功放管始终导通，故电路输出波形失真小，但因静态时，功放管处于导通状态，且静态电流（ICQ）较大，电路转换效率较低，理想情况下最大效率达50%。
（2）乙类功放电路
乙类功放电路在静态时，功放管处于截止状态，如图4.1（b）所示，即在输入信号的整个周期内，功放管只在输入信号的半个周期内导通的。因此，电路需用两只参数基本一致的功放管轮流工作（推挽）才能输出完整的波形信号。由于静态电流为零，电路转换效率较高，理想情况下可达78.5%，但因电路输出波形存在交越失真（注：该内容将在4.2 常用低频功率放大器中学习），需解决失真问题。
（3）甲乙类功放电路
甲乙类功放电路在静态时，功放管处于微导通状态，如图
4.1（c）所示，即在输入信号的整个周期内，功放管只在输入信号的大半个周期内导通。与乙类功率放大器电路一样，需用两只参数基本一致的功放管轮流工作（推挽）才能输出完整的波形信号。由于静态时管子仍然处于导通状态，因此，在输入信号很小时，两个功放管同时都工作，克服了交越失真。电路转换效率略低于乙类，原因是静态时电路中仍有很小的电流，电路会消耗部分电源功率。
图4.1 功放管的三种工作状态 2．按耦合方式分类
（1）阻容耦合功放电路——功放电路输出端通过耦合电容连接负载，如：OTL功放电路。（2）变压器耦合功放电路——功放电路输出端通过变压器连接负载。变压器具有阻抗变换作用，可使负载获得最大功率，但由于有变压器体积大、损耗大、频率特性差等不足之处，目前应用不多。
（3）直接耦合功放电路——功放电路输出端无需通过任何元件而直接与负载相连，如：OCL功放电 路及集成功放电路。
三、课堂小结
1．低频功放电路的基本要求。2．低频功放电路的分类。
四、课堂思考
P97思考与练习题1、2、3。
五、课后练习
P108
一、填空题：1~4；
二、判断题：2；
放大器主要功能是用来放大低频信号, 并使它们以饱和、截止的方法形成方波, 输出一个矩形连续脉冲波。在一般近距离或低高度雷达接收机电路中, 由于回波信号时间较短, 常需要较宽的通频带, 用来提高接收机恢复信号波形的能力。宽带低频放大器的设计重点是通频带宽, 而常规设计的带通滤波器相对带宽有限, 一般达不到指标要求。而该电路采用有源低通滤波器和有源高通滤波器组合, 形成一种频带较宽的有源带通滤波器, 实现宽带放大电路。电路设计中选用宽带运算放大器AD713器件[1]。
1 整体设计方案
a) 技术指标:低放带宽10～85 kHz;
b) 电压增益:60 dB。
在10～85 kHz这个范围内, 中心频率为47.5 kHz, 相对宽带比较宽, 一般带通滤波器难以达到, 因而采用高、低通组合的方式来实现。而运算放大器的输入阻抗比较高, 输出阻抗一般都比较低, 所以电路在级联时比较容易匹配。但对于高增益的低频放大器来说, 由于输入端阻抗高, 使电路很容易自激。因此, 在组装时要特别注意结构的合理性, 考虑到放大器在高增益时容易自激, 将滤波器插入在放大器的中间, 即第一级放大的信号经过带通滤波器后再去放大。安排次序是:放大-高通-低通-放大, 如图1所示。
经过高、低通组合后, 可获得相对宽带很宽的通频带。虽然滤波器级数稍微多了一点, 但由于所用器件体积小, 仍可以做到较小的面积。电路型式采用无限增益型滤波电路, 这种滤波电路型式与相反输入型放大器在电路型式上相一致, 即负端都作为输入端, 正端为接地端。然而接地一致性好, 使电路工作稳定, 有利于印制板的设计。
滤波器前后沿的陡削程度与级数有关, 级数越多, 波形系数越好, 前后沿越陡削。放大器采用3级运算放大器, 每级增益都在20 dB左右, 这样做使得整个电路工作容易稳定, 频率容易展宽。根据增益-宽带积, 每一级的宽带都在0～150 kHz或0～200 kHz左右。三级运算放大器级联后, 实测宽带为10～85 kHz, 电压增益为60 dB。
2 放大电路设计
放大器由相同的增益可调的反相宽带放大电路组成。每级电压增益为20 dB左右。放大电路采用宽带运放的AD713运算放大器, 见图2 。
考虑到前置放大器与后级的高通滤波电路相连接时, 电压增益要有些损失, 其设计放大器的电压增益要选得高一些。图2中放大电路反馈电阻R3为15 kΩ, 反相端电阻R1为1 kΩ, 由于电压放大倍数A是由R3/R1决定, 则A=15 , 而电压增益G=20logA, 即电压增益为23 dB。 由于AD713宽带运放的增益-宽带积f为4 MHz。因此, 前置放大器带宽约B等于f/G , 约170 kHz。
后级放大器由两级相同的反向输入电路组成, 其电路形式与前级相仿, 每一级放大倍数A=20, 其电压增益G=20logA, 约26 dB, 理论宽带B=f/G, 约150 kHz。两级电压增益约52 dB。由于放大器带宽低端从10 kHz起始, 则放大器每级之间隔直流电容选用的大一些, 这里我们选用0.33 μF。放大器正向输入端接地选用910 Ω的电阻R2, 见图3。
3 低通滤波器
低通滤波器的设计采用无限增益型反馈电路, 其电路组成如图4所示, 1个5级的低通滤波器。
低通滤波器的设计方法一般是从实际要求出发, 选定滤波器的类型, 再由它的归一化传输函数去确定各元器件的最终数值。但是, 具体做起来却十分麻烦, 人们设计了许多表格以供设计师们使用查阅。以下列出的表1是针对图4的电路模型给出的, 它假设所有的电阻数值相等, 且等于1 Ω, 其中n表示滤波器的阶数, C10 表示滤波系数。根据线性有源和无源RC网络中, 所有电阻值都乘以任意系数Z和所有电容都除以Z, 则网络的响应将保持不变的原理, 我们可以把电阻扩大到某一倍数, 而将电容缩小同一倍数。考虑到频率的归一化问题, 实选电容应等于表中归一化电容值的1/Rω0倍, 在这个低通设计中, 取R=10 kΩ, 截至频率f0=100 kHz, ω0=2πf0, 则:
表2是一组在输入信号为100 mV时的测试数据, 其中f0表示频率, UOUT表示滤波器输出电压。图5是它的通带特性。
4 高通滤波器
将图4中低通滤波器电路的电容和电阻互换一下就是高通滤波器, 如图6所示。
高通滤波器的设计方法[2]与低通滤波器相同, 选电阻应等于表中归一化电容值的1/ Cω0倍, 在设计中, 取C=0.015 μF, 截止频率f0=10 kHz, ω0=2πf0, 则:
表3是一组在输入信号为100 mV时的测试数据, 其中f0表示频率, UOUT表示滤波器输出电压, 图7是他的通带特性。
5 宽带低频放大器的测试结果
运算放大器的输入阻抗比较高, 输出阻抗一般都比较低, 所以, 电路在级联时比较容易匹配。但对于高增益的低频放大器来说, 由于输入端阻抗高, 使电路很容易自激[3]。因此, 印制板设计时应注意各放大器和滤波器要接地, 在组装时要特别注意结构的合理性。
全部级联后, 实测宽带为10～85 kHz, 电压增益为60 dB。以下是一组宽带低频放大器测试结果见表4, 输入信号为1 mV。图8是低频放大器的通带特性。
从表4测量结果看, 最大电压增益约68 dB, 下降3 dB后的带宽为10～85 kHz。而在10 kHz处的测得电压数值为1.42 V, 其增益为63 dB。而在100 kHz处的测得电压数值为1.18 V, 其增益为61.4 dB。可见, 如按照60 dB电压增益计算, 则带宽为10～100 kHz。如果想要增加带宽, 则降低一些电压增益即可实现。
6 结束语
AD713运算放大器模块的增益-宽带积为4 MHz, 对于低频运放来说, 由于频率较低, 它可在一个封装块中集成多个运放, 如AD713就集成了4个运算放大器。在以上电路中, 只需2块, 而且无论高通或者低通, 电阻、电容2个元器件之中有1个是相同的, 如低通滤波器中, 电阻都一样选10 kΩ。而高通滤波器中, 电容都一样选0.015 μF。这样只需要对电容或电阻进行挑选和调试, 从而简化了调试程序, 避免了调试工作的繁琐过程, 使电路指标容易实现。
参考文献
[1]秦世才, 王朝英.集成运算放大器应用原理[M].天津:天津人民出版社, 1975.
[2]顾德仁.脉冲与数字电路[M].北京:人民教育出版社, 1979.
1． 实验目的
1)学习模拟小信号放大器设计的基本知识。
2)学习Protel，用其绘制电路原理图（Sch图）和印刷电路板图（Pcb图）。3)学习电路制作、调试和性能指标测试的基本技能。
2． 实验仪器
计算机、示波器、信号发生器、交流毫伏表、数字万用表、直流稳压电源。
3． 预习内容
1）复习关于集成运放的基础知识。
2）复习关于使用集成运放组成的低频小信号放大器方面的基础知识。
4． 实验内容
1）设计低频小信号放大器。对其的要求如下 信号源差模信号幅值约为1mV，内阻约为100 kΩ，信号基频约为1Hz，频带宽约为0.2Hz至100Hz。
信号源的干扰主要有以下两种：
内阻几乎为零的直流共模干扰，其幅值约为300mV。高内阻的50Hz工频共模干扰，其幅值约为伏量级。放大倍数为4000倍。
用手工绘制电路原理图。详细说明电路原理和选择器件与参数的依据。2）用EWB或Protel对电路做模拟分析。3）用Protel绘制电路原理图（Sch图）。4）用Protel绘制印刷电路板图（Pcb图）。5）制作所设计的电路。建议按以下步骤安装电路：
做电源线、输入线和输出线。
安装电源插座、输入插座和输出插座。
安装电源去耦电路，给电路接直流电源，然后万用表测量集成电路的供电是否正常。 确认集成电路供电正常后，安装集成电路的插座。 安装四角处的螺杆，将电路支撑起来。 安装第一级放大器，即三运放放大器。
调第一级放大器的CMRR。将两个输入端同接信号源的输入端，将信号源输出调至50Hz、幅值0.5V。用示波器监视其输出电压Vo的波形，调整电路，使输出电压幅值尽可能小。CMRR可按下式计算
CMRR= AVd /AVC= AVd/(Vo /Vi) 该电路的CMRR可达90dB以上。 安装第二级电压放大器。
6）调整全电路的CMRR，使其尽可能大。测量全电路的共模放大倍数、单端输入差模放大倍数、输入端短路等效输入噪声。
（一）教学目的
1.掌握电功、电功率、焦耳定律及它们的公式的运用。
2．通过习题的练习，帮助学生深化概念，并能灵活运用电学公式解决一些综合问题，从而提高分析问题解决问题的能力。
（二）教具
写有例题的小黑板。（或用幻灯把例题打出）
（三）教学过程
例1：一只“220V40W”的灯泡，求：①灯泡正常发光时的电阻值。②灯泡正常发光时通过的电流。③每天开灯4小时，一个月（按3O天计算）消耗多少度电？④若把此灯泡接入110伏的电路中，它的实际功率是多大？
③W=Pt=0.04千瓦×4×30时=4.8千瓦·时（度）。
例题小结：通过此题练习，练习由额定状态求I额、R、W、P实，掌握电功、电功率公式的运用。
例2：有两个电阻R1=10欧，R2=20欧。第一次把它们并联在电压为3伏的电源上，第二次把它们串联在电压为3伏的电源上，求每一次在R1、R2上所消耗的电功率。
例题小结：通过此题练习告诉学生，要正确理解电功率的两个导出
解决问题较为方便。串联时通过两个用电器的电流相等，所以电阻
解决问题较为方便。并联时两个用电器两端电压相同，所以电阻小的实际功率大。
例3：将标有“6V”字样的小灯泡L、定值电阻R1、10伏的电源和变阻器R′按图1甲连接，当小灯泡正常发光时，电流表的示数为1A；按图1乙连接，当小灯泡正常发光时，电压表的示数为8伏，求小灯泡的电阻和额定功率各是多少？
分析与解：图乙：由于灯泡正常发光，电压表示数为8伏，灯两端的电压是6伏，R1两端的电压就是2伏。
图甲：由于灯正常发光，L与R1并联，就有I额＋I1=1安和
I额=0.25安
例题小结：①求小灯泡的电阻，在知道灯泡额定电压的情况下，必
例5：现给你一电源（电压未知），已知一电阻为R的电灯泡L1，电流表、滑动变阻器、开关各一个和导线若干。请你用上述材料测定电灯泡L2的实际功率，①试画出测试的电路图。②写出实验步骤。③写出L2的功率计算式。
解：①电路图如图所示。
②实验步骤：
a．按图连接电路。b．闭合开关用电流表分别测出通过
L1、L2的电流I1、I2。C．计算出P2。
③P2=UI2=U1I2=I1RI2=I1I2R。
例题小结：①求解此题要用到欧姆定律，串、并联电路和电功率的知识。通过此题可培养学生综合运用这些知识的能力。②滑动变阻器可控制灯泡两端电压，保护灯泡不被损坏。
（四）说明
1．这节课采用让学生自己分析、动脑、动口、动手，教师多加引导的教学方法。小黑板每挂出一个例题，在教师引导下，师生共同分析：解此题的关键是什么，运用到哪些概念、公式等。理清解题的思路，然后请同学上黑板解题，解题完成后，由学生自己小结，通过解此题有哪些收获，最后教师归纳小结。
教 -- 评 -- 教是个螺旋上升的过程,评价的最终目的是为教来服务。如何来体现评价结果对教的服务呢 ? 就是对教学评价的反馈,即教学反馈。在我国多数高校中,对教学反馈的评价还停留在对一个或几个具体指标的分析之上,缺少对教学结果的分析,不能真实的反应教师的教学效果,因此,建立合理的反馈途径,是解决当前反馈问题的行之有效的办法。
那么,什么是课堂教学反馈行为呢?课堂教学反馈行为是指课堂教学过程中师生之间、生生之间或师生自己对教学活动的反应。教学反馈行为是一种互动性行为,既包括教师的行为,又包括学生的行为,因而它是不连续的一系列的行为。教学反馈的重要实践意义,就在于通过反馈的调节作用,能确保教学活动正常有效地开展并取得应有的教学成效。本文将从教学成效检验目标、教学成效检验内容及教学成效检验方法三方面来具体分析
1 教学成效检验目标
我校所招收的应用电子技术专业的学生,对象生源分普通高考和中职技能高考两类,录取途径有三类 : 普通高考,单独招生考试及技能高考。针对这些教学对象,“单级低频小信号放大器的测调项目”的成效检验目标为 :使对象熟练使用万用表、示波器等常用仪器仪表 ;
正确使用函数信号发生器 ;掌握单级低频放大器的测调方法。
2 教学成效检验内容
为了体现测调过程的形成性评价与终结性评价并根据定量与定性相结合基本原则,我们将该项目的教学成效检验内容分为四个部分。1. 检查万用表的表笔连接、档位选择和测量值读取是否正确 ;2. 检查示波器的面板功能操作、示波器校验、信号幅值、频率数值读取以及示波器扫描系数读取是否正确 ;3. 检查函数信号发生器的面板功能操作、不同波形输出选择方法和信号波频率和幅值调试是否熟练 ;4. 检查低频小信号放大器的测调,内容包括静态工作点测调及交流放大倍数的测试两部分。目标设定内容如表1所示,成效检验内容如表2所示。
从表1可以看出,我们将整个项目的检验目标分为对万用表、示波器及函数信号发生器的使用熟练程度的检验和对低频小信号放大器静态工作点的测调两大部分。其中,前一部分的检验目标主要为形成性评价,即通过学生使用仪器的过程来评价学生操作的熟练度。而后一部分检验目标为终结性评价,即通过学生的测试数据来评价学生对该项目的掌握情况。
同样,我们将检验标准也按照检验目标分为了两大部分。每一个项目模块的目标完成度都分为了A、B、C、D四个等级,如果全部完成了目标,就为A等 ;完成了目标的75% 就为B等,以此类推。并且,我们给每个项目模块都划分了权重,最终的总体评价就可以按照总体评价 = ∑各模块目标完成度×模块权重这个公式来得出结论。
3 教学成效检验方法
该项目的教学成效检验方法采用的是三层渐进一体化式检验方法。从课堂过程检验到项目模块检验再到项目终结性检验,逐层递进,归为一体。
3.1 课堂过程检验
课堂过程检验,采取布置围绕知识点设计的测试题,知识点内容涵盖本次课的讲授内容,进行过程普适性检验。此种检验方法为普适方法。
3.2 项目模块检验
项目模块教学结束时,给出涵盖该模块知识点的操作案例,对学生进行分组并让其轮换分工,按照随机抽签原则,选取分组中的一名学生进行演讲式实操,既可以提高学生操作熟练程度,也可以锻炼学生语言表达能力,如时间允许还可进行竞表1目标设定内容赛排名,提高学生积极性。此种检验方法为互动方法。
3.3项目终结性检验
在项目教学完结后,需组织学生进行终结性考核,可规定项目场地开放时限,通常一周内,对象与教师提前预约,分批或单独到项目场地进行考核能力操作的部分,并填写项目教学成效反馈表,对未达到良好的学生允许其在规定时间内进行一次重考。此种检验方法为开放性检验方法。
普适、互动及开放三种检验方法三层一体,逐层渐进,组成了该项目的检验方法。
4教学成效反馈
对于教学情况的反馈效果,我们可以用表3教学成效反馈表来实施。
通过该反馈表,学生可以将本次项目实施过程中遇到的问题勾选出来,方便教师及时了解学生的掌握情况,哪些问题需要加强讲解,也可以通过该表格清楚的反映出来。
