项目3 功率放大器的测试与应用设计
音频功率放大器的设计仿真与实现全解
课程设计任务书学生姓名：专业班级：电信指导教师：工作单位：信息工程学院题目: 音频功率放大器的设计仿真与实现初始条件：可选元件：集成功放，电容、电阻、电位器若干；或自选元器件。
直流电源±12V，或自选电源。
可用仪器：示波器，万用表，毫伏表等。
要求完成的主要任务:（1）设计任务根据技术指标和已知条件，选择合适的功放电路，如：OCL、OTL或BTL电路。
完成对音频功率放大器的设计、装配与调试。
（2）设计要求1 输出功率10W/8Ω；频率响应20~20KHz；效率>60﹪；失真小。
2 选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。
3 利用Proteus或Multisim仿真设计电路原理图，确定电路元件参数、掌握电路工作原理并仿真实现系统功能。
4 安装调试并按规范要求格式完成课程设计报告书。
5 选做：利用仿真软件的PCB设计功能进行PCB设计。
时间安排：1 第18周前半周，完成仿真设计调试；并制作实物。
2 第18周后半周，硬件调试，撰写、提交课程设计报告，进行验收和答辩。
指导教师签名：年月日日月年系主任（或责任教师）签名：目录1 设计任务与要求……………………………………………………………………………..错误！未定义书签。
1.1设计任务…………………………………………………………………………………...错误！未定义书签。
1.2设计要求…………………………………………………………………………………...错误！未定义书签。
2 设计方案………………………………………………………………………………………...错误！未定义书签。
3 选择器件与参数运算………………………………………………………………………错误！未定义书签。
3.1运放NE5532介绍……………………………………………………………………..错误！未定义书签。
3.2 TDA 2030介绍………………………………………………………………………….43.3功率计算 (5)4 单元电路设计 (6)4.1主电源电路 (6)4.2调音电路 (6)4.3功率放大电路 (7)5 电路设计仿真 (9)5.1仿真电路图 (9).9…………………………………………………………仿真结果5.2．6 心得体会 (10)7 参考文献 (11)附表一：电路原理图………………………………………………………………………….错误！未定义书签。
基于Proteus仿真的高频功率放大器设计及应用
高频功率放大器设计及应用摘要:高频功率放大器是发射机的重要组成部分,因而也是通信系统必不可少的环节。
本文介绍了高频功率放大器应用和基本原理,并利用电子设计工具软件 Proteus对丙类功率放大器电路从方案选择、单元电路设计、元器件参数选取等方面进行具体设计分析 ,同时对电路进行仿真测试 ,通过仿真结果分析电路特性 ,使电路得到进一步完善。
关键词：高频功率放大器应用、功率放大器原理、高频功率放大器仿真设计1. 引言高频功率放大器是无线电发射机末端的重要部件 ,是评价通信系统性能的重要参数。
近年来 ,针对功率放大器设计的各种研究不断涌现 ,对功率放大器的性能进行优化的算法不断出现。
利用Proteus软件工具进行高频功率放大电路的设计 ,通过仿真结果对电路的特性进行分析 , 并逐步完善电路。
2. 高频功率放大器应用功率放大器简称功放，可以说是各类音响器材中最大的一个家族了，其作用主要是将音源器材输入的较微弱信号进行放大后，产生足够大的电流去推动扬声器进行声音的重放。
由于考虑功率、阻抗、失真、动态以及不同的使用范围和控制调节功能，不同的功放在内部的信号处理、线路设计和生产工艺上也各不相同。
以其主要用途来说，功放可以分做两大类别，即专业功放与家用功放。
在体育馆场、影剧场、歌舞厅、会议厅或其它公共场所扩声，以及录音监听等场所使用的功放，一般说在其技术参数上往往会有一些独特的要求，这类功放通常称为专业功放。
而用于家庭的hi－fi音乐欣赏，av系统放音，以及卡拉ok娱乐的功放，通常我们称为家用功放。
随着行动电话、WLAN(Wireless Local Area Network)、蓝芽(Bluetooth)的普及化，高频电子设备已经成为生活中的必需品，而电子设备使用的频率也从过去的1GHz逐渐朝5GHz甚至更高频方向发展。
由于FET等主动电子组件与电容、电感等被动电子组件性能的提升，使得高频电路的特性获得大幅的改善。
D类音频功率放大器的设计方案与测试
D 类音频功率放大器的设计与测试本系统由咼效率功率放大器（D 类音频功率放大器）、信号变换 电路、外接测试仪表组成，系统框图如图 1所示。
b ・ OluFf; *! ] W Yn.r -?.-.-击去vn g n图1系统方框图1. D 类功放的设计D 类放大器的架构有对称与非对称两大类， 在此讨论的D 类功 放针对的是对功率、体积都非常敏感的便携式应用，因此采用全电桥 的对称型放大器，以充分利用其单一电源、系统小型化的特点。
D 类 功率放大器由PWM 电路、开关功放电路及输出滤波器组成，原理框 图如图2所示。
采用了由比较器和三角波发生器组成的固定频率的 PWM fe 路，用 输入的音频信号幅度对三角波进行调制，得到占空比随音频输入信号 幅度储号变挟电路变化的方波，并以相反的相位驱动上下桥臂的功率管，使功率管一个导通时另一个截止，再经输出滤波器将方波转变为音频信号，推动扬声器发声。
采用全桥的D类放大器可以实现平衡输出，易于改善放大器的输出滤波特性，并可减少干扰。
全桥电路负载上的电压峰峰值接近电源电压的2倍，可采用单电源供电。
实现时，通常采取2路输出脉冲相位相反的方法。
图2 D类音频功率放大器组成框图D类功率放大器的工作过程是：当输入模拟音频信号时，模拟音频信号经过PWM调制器变成与其幅度相对应脉宽的高频率PWM脉冲信号，控制开关单元的开/关，经脉冲推动器驱动脉冲功率放大器工作，然后经过功率低通滤波器带动扬声器工作。
2.比较器比较器电路米用低功耗、单电源工作的双路比较器芯片 LM311构 成。
此处为提高系统效率，减少后级 H 桥中CMOS 管不必要的开合, 用两路偏置不同的三角波分别与音频信号的上半部和下半部进行比 较，当正端上的电位高于负端的电位时，比较器输出为高电平，反之 则输出低电平。
这样产生两路相互对应的PWM 波信号给后级驱动电路 进行处理，双路比较电路如图3所示。
图3比较器电路此处值得注意的是将上半部比较处理为音频信号接比较器的负 向端、三角波信号接正向端；下半部比较则相反，这样形成相互对应， 在音频信号的半部形成相应 PWM 波时，另半部为低电平，可保征后 级H 桥中的CMOS 管没有不必要的开合，以减少系统功率损耗。
ocl功率放大器课程设计
ocl功率 放大器课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解OCL功率放大器的基本原理，掌握其电路组成及各部分功能；2. 掌握OCL功率放大器的性能参数，如输出功率、效率、失真等；3. 学会分析OCL功率放大器在实际应用中的优缺点。
技能目标：1. 能够正确搭建OCL功率放大器电路，并进行调试与优化；2. 学会使用相关测试仪器对OCL功率放大器性能进行测量，具备一定的实验操作能力；3. 能够运用所学知识解决实际电路中与OCL功率放大器相关的问题。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对电子技术的兴趣，激发他们探索未知、勇于创新的科学精神；2. 增强学生的团队合作意识，培养他们在实验过程中相互帮助、共同进步的品质；3. 提高学生对实验操作规范的认识，培养他们严谨、负责的科学态度。
本课程针对高年级电子技术相关专业学生，结合课程性质、学生特点和教学要求，将目标分解为具体的学习成果。
通过本课程的学习，使学生不仅掌握OCL 功率放大器的基本理论知识，还具备实际操作与解决问题的能力，为后续深入学习电子技术打下坚实基础。
同时，注重培养学生的科学精神和团队协作能力，提升他们的综合素质。
二、教学内容本章节教学内容主要包括以下三个方面：1. OCL功率放大器基本原理：- 理解OCL功率放大器的工作原理，包括其分类、特点及应用场景；- 掌握OCL功率放大器电路的组成，如输入级、驱动级、输出级等；- 学习OCL功率放大器的关键性能参数，如输出功率、效率、失真等。
2. OCL功率放大器电路分析与设计：- 分析典型OCL功率放大器电路，了解各部分功能及相互关系；- 学习OCL功率放大器电路设计方法，包括选型、计算及优化；- 掌握OCL功率放大器电路的调试与测试方法。
3. 实践操作与问题分析：- 搭建OCL功率放大器实验电路，进行实际操作，验证理论知识的正确性；- 学习使用相关测试仪器，对OCL功率放大器性能进行测量，分析实验数据；- 针对实际应用中可能出现的问题，学会分析与解决方法。
实验报告多级放大电路
实验报告多级放大电路引言多级放大电路是电子工程学中非常常见且重要的实验之一。
在本次实验中，我们将设计和搭建一个多级放大电路，然后测试并分析其性能。
多级放大电路在信号处理、音频放大等领域具有广泛的应用。
实验目的1. 学习多级放大电路的基本工作原理。
2. 设计和搭建一个多级放大电路，并测试其信号放大性能。
实验原理多级放大电路是由多个级联的放大器构成的，每个放大器被称为一个放大级。
每个放大级的输出作为下一个放大级的输入，因此输出信号将会经过多次放大。
多级放大电路的基本工作原理如下：1. 输入信号经过第一级放大器放大，得到一级放大信号。
2. 一级放大信号作为输入信号，经过第二级放大器放大，得到二级放大信号。
3. 二级放大信号作为输入信号，经过第三级放大器放大，得到三级放大信号，以此类推。
4. 最后一级的输出信号即为多级放大电路的输出信号。
多级放大电路通常由两种类型的放大器组成：电压放大器和功率放大器。
电压放大器用于放大输入信号的电压大小，而功率放大器用于放大信号的功率。
实验步骤与结果1. 根据实验要求，设计和搭建一个三级放大电路，其中第一级为电压放大器，后两级为功率放大器。
2. 连接实验电路，并检查电路连接是否正确。
3. 输入一个信号，测试多级放大电路的输出信号大小。
4. 使用示波器监测电路的频率、相位等性能指标，并进行记录。
5. 分析实验结果，并与理论计算进行比较。
实验结果显示，多级放大电路能够将输入信号的电压和功率进行相应的放大。
输出信号的大小与输入信号的幅度差异很大，从而实现了对信号的放大处理。
同时，电路的频率和相位表现良好，没有明显的失真或偏移现象。
实验分析与讨论1. 多级放大电路的放大倍数会随着级数的增加而增加，从而达到更大的信号放大效果。
2. 电路中的放大器应具有足够的带宽，以确保输入信号的频率范围能够得到充分的放大。
3. 多级放大电路中放大器的稳定性对于整个电路的性能至关重要，应注意稳定性分析与设计。
声频功率放大器使用和测试标准
声频功率放大器使用和测试标准（内部资料）(一).目的1.统一设计标准;2.确保生产的品质以及效率;3.确保产品的质量.(二).应用范围电子工程师,电子工程师助理(三).声频功率放大器使用技术条件:环境温度: -10~+40℃相对湿度:≤90%交流电压:额定工作电压±10%电源频率:额定电源频率±4%(四)声频功率放器测量条件:1.气候条件环境温度: 15~+35℃相对湿度:≤45%~80%2.电源交流电压:额定工作电压±2%电源频率:额定电源频率±2%电源波形失真: ≤5%直流电源:电源标称电压±2%纹波电压≤10mv(五)声频功率放大器基本参数:1.额定输出功率:失真**的输出电压在额定负载阻抗上产生的功率=U2/R 2.频响:20~20KHz ±2dB3.信噪比:宽带≥80dB计权≥85dB4.总谐波失真额定条件时:20~20KHZ ≤0.5%1/100额定输出功率时:20~20KHZ ≤1%5.互调失真由产品标准规定6.最大噪声电压:线路输入≤3mv7.中点电压:带中≤40mv8.最小输入灵敏度:由产品标准规定9.分离度:1KHz≥50dB; 250~10KHz≥35dB10.温度保护:由产品标准规定11.阻尼系数:额定条件下由产品标准规定,一般要求不低于20013.输入阻抗:正常工作条件由产品标准规定14.转换速率: 由产品标准规定一般要求不低于10V/us15.整机效率:由产品标准规定16稳定性:不应有自激和寄生振荡(四)耐用性测试1.负载短路:当负载出现短路时,功率放大器应能自动保护.2.输入冲击:额定条件下的功率放大器应能承受额定源电动势的30DB增量的冲击.3.过载源电动势:]过载源电动势与额定源电动势之比≥12(五)安全性测试1.抗电强度:AC2KV I0≤5ma(1 minute)2.绝缘电阻:100M/500V3.接地电阻:接地良好4.安全性标示识别a:人身安全和防火标示b:出现连接错误时的安全标示(五)可靠性测试1.老化试验:a;通电工作5.5小时,输出功率为额定输出功率的1/3。
如何设计和调试功率放大器的线性度
如何设计和调试功率放大器的线性度在无线通信、雷达系统和音频放大等领域，功率放大器起着至关重要的作用。
然而，功率放大器的线性度问题常常成为限制其性能的关键因素。
本文将介绍如何设计和调试功率放大器的线性度，以提高其性能和可靠性。
1. 功率放大器的线性度问题在功率放大器中，线性度是指输出信号与输入信号之间的关系是否为线性关系。
如果功率放大器的线性度较差，输出信号可能会出现非线性失真，导致信号失真、频谱扩展及带宽限制等问题。
因此，设计高线性度的功率放大器是至关重要的。
2. 设计高线性度功率放大器的关键因素为了设计和调试高线性度的功率放大器，需要考虑以下关键因素：2.1. 选择合适的放大器类型不同类型的功率放大器具有不同的线性度性能。
根据应用需求和复杂度，可以选择适合的放大器类型，如A类放大器、AB类放大器、C类放大器和D类放大器等。
每种类型都有不同的优点和缺点，需要根据实际情况进行选择。
2.2. 优化偏置电路设计合理的偏置电路设计可以有效提高功率放大器的线性度。
通过选择合适的偏置电流和电压，可以减小非线性失真，提高放大器的线性度。
此外，考虑偏置电路的温度稳定性也是很重要的，以确保放大器在不同工作温度下都能保持良好的线性度性能。
2.3. 优化输出匹配电路输出匹配电路的设计也是提高功率放大器线性度的重要一环。
通过合理的输出匹配网络设计，可以实现输出电流和电压的匹配，减少反射损耗，提高功率传输效率和线性度。
3. 调试功率放大器的线性度一旦功率放大器的设计完成，还需要进行调试和优化，以提高其线性度。
以下是一些调试功率放大器线性度的常用方法：3.1. 估计功率放大器的线性度性能通过模拟和仿真工具，可以估计功率放大器的线性度性能。
根据输出功率和信号频率，可以预测功率放大器的非线性失真情况，并进行适当的优化。
3.2. 测试输入输出特性曲线使用信号发生器和示波器等测试设备，可以测试功率放大器的输入输出特性曲线。
根据测量结果，评估功率放大器的线性度性能，并进行相应调整。
高频功率放大器实验
实验报告课程名称：高频电子线路实验指导老师：韩杰、龚淑君成绩：__________________ 实验名称：高频功率放大器实验类型：验证型实验同组学生姓名：_一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得一、实验目的1、了解高频功率放大器的主要技术指标——输出功率、中心频率、末级集电极效率、稳定增益或输入功率、线性动态范围等基本概念，掌握实现这些指标的功率放大器基本设计方法，包括输入、输出阻抗匹配电路设计，回路及滤波器参数设计，功率管的安全保护，偏置方式及放大器防自激考虑等。
2、掌握高频功率放大器选频回路、滤波器的调谐，工作状态（通角）的调整，输入、输出阻抗匹配调整，功率、效率、增益及线性动态范围等主要技术指标的测试方法和技能。
二、实验原理高频功率放大器实验电路原理图如下图图1所示。
电路中电阻、电容元件基本上都采用贴片封装形式。
放大电路分为三级，均为共射工作，中心频率约为10MHz。
图1 高频功率放大器第一极（前置级）管子T1采用9018或9013，工作于甲类，集电极回路调谐于中心频率。
第二级（驱动级）管子T2采用3DG130C，其工作状态为丙类工作，通角可调。
通角在45°~60°时效率最高。
调整R W1时，用示波器在测试点P2可看到集电极电流脉冲波形宽度的变化，并可估测通角的大小。
第二级集电极回路也调谐于中心频率。
第三级（输出级）管子T3也采用3DG130C，工作于丙类，通角调在60°~70°左右。
输出端接有T形带通滤波器和π型阻抗变换器，具有较好的基波选择性、高次谐波抑制和阻抗匹配性能。
改变短路器开关K1~K4可观看滤波器的失谐状态，为保证T3管子安全，调整时应适当降低电源电压或减小激励幅度。
改变K5、K6可影响T3与51Ω负载的匹配状态。
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工作任务 功率输出级的测试与结果描述。
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模拟电子技术与应用-----项目3 功率放大器的测试与应用设计
任务3-1-1 甲类基本放大电路 效率的测量
R1
1.0k 0
1
2N2923 2
V3
10.5 V 1kHz 0Deg 0
Q2
2N3906 4
④ 保持步骤③，不接VT2，用示 波器（DC输入端）同时观察ui, uo的 波形，并记录波形。
V2
10 V 0
结论：晶体管VT1基本工作在_____ （甲类状态/乙类状态）。
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1、甲类
2、乙类
3、甲乙类
还有丙类、丁类功率放大器等。
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模拟电子技术与应用-----项目3 功率放大器的测试与应用设计
三种工作状态 甲类：一个周期内均导通 乙类：导通角等于180° 甲乙类：导通角大于180° 丙类：导通角小于180°
降低静态功耗，即减小静态电流
扬声器
～
信号源
前置放大级 (多级)
功率放大级
电动机
继电器
放大部分
负载
一般电子设备的示意方框图 本章主要了解功率放大电路的特点、技术指标, 重点介绍 一种常用的高效乙类功放电路, 并且对其进行分析计算和改进。 并简单介绍功率集成功放的发展。
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模拟电子技术与应用-----项目3 功率放大器的测试与应用设计 功率放大器的特点及主要指标
做一做
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模拟电子技术与应用-----项目3 功率放大器的测试与应用设计
任务3-1-1 射极输出器效率的测试
测试电路如图所示，采用射极输出器作为测量电路，可以测量BJT在 极限运用情况（接近于饱和区和截止区）下的效率，而同时保持输出信号 基本不失真。 ① 按图画仿真电路。 VCC
VCC
R1
8.2k
20V
C1
2 10uF-POL 1
Q1
② 在输入为0时，观察示波器上的直流 输出电压；调整基极偏置电阻，使BJT的 UCE =10V（VCC的一半）。 ③ 在输入为0时，观察功率计上直流电 源提供的总功率（不计基极偏置电路的损耗 功率，下同）PV，并记录：PV =____mW。 观察示波器上的输出电压幅度，此时应有 2 Uom =0，因此 1 U om Po mW 2 R3
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能否自己做一功放音响？
音响俱乐部
胆机俱乐部
石机俱乐部
Hi-Fi 高保真功放（两声道） 火牛 电源变压器
胆机 电子管功放
石机 晶体管或集成电路 南京信息职业技术学院电子信息学院基础教研室
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习题：乙类功放电路中， 设VCC=24V ,RL=8 ,手册上BJT的极限参数 ICM =4.5A, UBR-CEO=75V, PCM=10W。 试求：
（1）Pom , 最大输出时PV , PT1 值 ， 并检验所给BJT是否能安全工作？
Uim/V 0 1 5 10
C1
2 10uF-POL 1
Q1
2N3393
R2 V1
10 V 1kHz 0Dego
2 1 U om 2 R3
3
R3
1.0k
0
Po PV
结论：对于射极输出器来说，随着输入电压Uim或输出功率Po的增大， 直流电源提供的总功率PV _____（同步增大/基本不变/同步减小）； 而效率 则_____（同步增大/基本不变/同步减小）。
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Q1
1
2N2923 2
V3
10.5 V 1kHz 0Deg 0
Q2
2N3906 4
V2
10 V 0
⑥ 保持步骤⑤，再接入VT1，用 示波器测量uo幅度Uom，计算输出功 率Po并记录：
2 1 U om Po 2 R1
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的互补三极管组成，采用正、 负双电源供电。种电路也称为 OCL互补功率放大电路。
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一、乙类双电源互补对称功率放大电路的电路组成
2. 工作原理 两个三极管在信号一个正、 负半周轮流导通，使负载得到
一个完整的波形。
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项目3 功率放大器的测试与应用设计
模块3-1 功率输出级电路的测试
模块3-2 集成低频功率放大器的测试
实训3 音频功率放大器的设计
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模块3-1 功率输出级电路的测试
4
78.5%
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一、乙类双电源互补对称功率放大电路的电路组成
3. 分析计算 （5）最大管耗和最大输出功率的关系
PVT1m
1 V 2 0.2 Pom RL
2 CC
（6）功率BJT的选择 BJT的最大允许管耗PCM必须大于实际工作时的PVT1m 选用击穿电压 U BR, CEO 2VCC 的BJT V BJT: I CM CC RL
0
V1
10 V 3
① 按图画仿真电路。 ② 使ui=0，测量两管集电极静态工 作电流，并记录：
R1
1.0k 0
Q1
1
2N2923 2
V3
10.5 V 1kHz 0Deg 0
Q2
IC1=
，IC2=
。
2N3906 4
V2
10 V 0
结论：互补对称电路的静态功耗_____ （基本为0/仍较大）。
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一、功率放大器的特点 1、要求输出功率(Output power)尽可能大 PO Po =UI 功率放大器的主要要求之一就是输出功率要大。因此管子往 往在接近极限运用状态下工作。 2、效率(Efficieny)要高(省电) 功率放大器的效率是指负载上得到的输 出功率PO与电源供给的直流功率PV之比
PO PV
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任务3-1-２ 乙类互补对称电路的特性测试
0
V1
10 V 3
Q1
③ 保持步骤②，改变ui，使其fi =1kHz ，Uim =10.5V，用示波器（DC 输入端）同时观察ui, uo的波形，并记 录波形。
结论：互补对称电路的输出波形____ （基本不失真/严重失真）
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一、乙类双电源互补对称功率放大电路的电路组成
3. 分析计算 （1）最大不失真输出功率Pomax
Pomax
VCC U CES 2 ( ) 2 2 (V U CES ) V 2 = CC CC RL 2 RL 2 RL
2
实际输出功率Po
U om U om U om Po = U o I o 2 2 RL 2 RL
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一、乙类双电源互补对称功率放大电路的电路组成
3. 分析计算 （2）管耗PT 单个管子在半个周期内的管耗
PVm
2 VCC RL
2
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模拟电子技术与应用-----项目3 功率放大器的测试与应用设计
一、乙类双电源互补对称功率放大电路的电路组成
3. 分析计算 （4）效率
Po U om = PV 4 VCC
当：
U om VCC 时，
Po PV
%
2N3906 4
V2
10 V 0
结论：互补对称电路相对于甲类放大 电路，其效率_________（较高/较 低）。
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模拟电子技术与应用-----项目3 功率放大器的测试与应用设计
一、乙类双电源互补对称功率放大电路的电路组成
1. 电路组成
由一对NPN、PNP特性相同
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任务3-1-2 乙类互补对称 电路的特性测试
做一做
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任务3-1-２ 乙类互补对称电路的特性测试
任务3-1-２ 乙类互补对称电路的特性测试
0
V1
10 V 3
Q1
⑦ 保持步骤⑥，用万用表测量电 源提供的平均直流电流I0值，计算电 源提供功率PV、管耗PVT和效率 ，并 记录：