模拟电路典型例题讲解

1、3.3 频率响应典型习题详解3- 1】已知某放大器的传递函数为108sA(s)= (s+102)(s+105)试画出相应的幅频特性与相频特性渐近波特图， 并指出放大器的上限频率 fH ，下 限频率 fL 及中频增益 AI 各为多少？解】本题用来熟悉： (1)由传递函数画波特图的方法； (2)由波特图确定放大器频 响参数的方法。由传递函数可知，该放大器有两个极点：p1=102rad/s，p2=105rad/s 和一个零点 z=0 。1) 将 A(s)变换成以下标准形式：A(s)=10s(1+s/102) (1+s/105)2) 将 s=j 代入上式得放大器的频率特性：A(j)=10j(1+j /

2、102) (1+j /105)写出其幅频特性及相频特性表达式如下：10 A( )=1+(/102)2 1+(/105)2 对 A( )取对数得对数幅频特性： ( ) = arctan arctan2 5210210520lgA()=20lg1020lg20lg 1+(/102) 2 20lg 1+(/105) 23) 在半对数坐标系中按 20lgA()及 ( )的关系作波特图，如题图 3.1 所示。a)+90o+90o+45ob)由题图 3.1(a)可得，放大器的中频增益 AI=60dB ，上限频率 fH=105/2 15.9kHz， 下限频率 fL=102/2 15.9Hz。3- 2】已知某

3、放大器的频率特性表达式为200 106A(j)=6j+106试问该放大器的中频增益、上限频率及增益带宽积各为多少？解】本题用来熟悉：由放大器的频率特性表达式确定其频率参数的方法。将给出的频率特性表达试变换成标准形式：200A(j)= 1+j/106200 A()= 1+(/106)2200= 0 时， A(0) =200，即为放大器的直流增益(或低频增益)。H=106rad/s当=H时， A(H)= A(0) ，求得：1+( H/106)22H106相应的上限频率为fH = 159.2kHz2 2 3.14由增益带宽积的定义可求得： GBW= A(0) fH 31.84MHz 思考：此题是否可

4、用波特图求解？3- 3】已知某晶体管电流放大倍数 的频率特性波特图如题图 3.2( a)所示，试写出 的频率特性表达式，分别指出该管的、T 各为多少？并画出其相频特性的渐近波特图。 /(Mrad/s)090o45o题图 3.2b）解】本题用来熟悉：晶体三极管的频率特性及其频率参数的确定方法。由 （）的渐近波特图可知： 0=100，=4Mrad/s，T=400Mrad/s 。它是一个单 极点系统，故相应的频率特性表达式为：0200（j） =1+j / 1+j /4106T也可按 T0=1004=400 Mrad/s 求得。)= arctan4106因此，可画出相频特性的渐近波特图如题图3- 4】

5、已知某放大器的频率特性表达式为3.2（b）所示。A(j)=1013( j+ 100)(j+106) (j +107)（ 1）试画出该放大器的幅频特性和相频特性波特图； 限频率的大小。解】本题用来熟悉： （1）由放大器的频率特性表达式画波特图的方法； 图确定放大器频响参数的方法。1）将给定的频率特性表达式变换成标准形式2）确定其中频增益及上2）由波特1013(j+100)A(j)=(j+106) (j +107)102(1+ j/102)(1+ j/106)(1+ j/107)相应的幅频特性及相频特性表达式为102 1+（ /102）2A( )=1+( /106)2 1+( /107)2( )

6、= arctan102arctan arctan106 107由此可画出其波特图如题图3.3 所示。b） 相频特性题图 3.3（2）由题图 3.3可知，该放大器的中频增益 AVM =120dB , 上限频率 fH=107/21.6MHz。【3- 5】已知某放大器的频率特性函数为 1000Av(j ) =(1+j /107)3试问：（1）其中、低频放大倍数 AvI=?（2）Av（）及（） 的表达式如何？（ 3）画出 其幅频特性波特图； （ 4）上限频率 fH=？解】本题用来熟悉：由放大器的频率特性函数确定放大器的频响参数及画波特图的 方法。10001+(/107)231）该放大器是一个三阶重极点

7、、无零点系统，中、低频放大倍数AvI=60B。( )=3arctan1073） 幅频特性波特图如题图 3.4 所示。Av()/dB604060dB/ 十倍频20题图 3.41000 1000当 =H 时， Av(H)=求得： H 0.51107rad/s1+( H/107)2 32H0.51 107相应的上限频率为fH = 0.812MHz22 3.143- 6】一放大器的中频增益为 A vI =40dB ，上限频率 fH=2MHz ，下限频率 fL=100Hz ， 输出不失真的动态范围为 Vopp=10V ，在下列各种输入信号情况下会产生什么失真？1) vi (t) = 0.1sin(2 1

8、04t) (V)2) vi (t) = 10sin(2 3106t) (mV)3) vi (t) = 10sin(2 400t)+10sin(2 106t) (mV)4) vi (t) = 10sin(2 10t)+10sin(2 5104t) (mV)5) vi (t) = 10sin(2 103t)+10sin(2 107t) (mV) 解】本题用来熟悉：放大器的频率失真问题。1) 输入信号为一单一频率正弦波， f =10kHz ，由于 fLf fH，所以，不存在频率失 真问题。但由于输入信号幅度较大( 0.1V )，经 100 倍的放大后峰峰值为 0.1 2 100=20V ，已大大超出

9、输出不失真的动态范围为Vopp=10V ，故输出信号将产生严重的非线性失真(波形出现限幅状态) 。2) 输入信号为一单一频率正弦波， f=1MHz ，由于 fLffH，所以，不存在频率失 真问题。又由于输入信号幅度较小( 0.01V )，经 100 倍的放大后峰峰值为 0.012 100=2V Vopp(10V)，所以，也不会出现非线性失真。3) 输入信号的两个频率分量为 f1=400Hz ，f2=1MHz ，均处在放大器的中频区， 所以， 不存在频率失真问题。又由于输入信号幅度较小(0.01V )，所以，也不会出现非线性失真。4) 输入信号的两个频率分量为 f1=10Hz，f2=50kHz，

10、f1 fL，fLf2fH，所以，放大 后会出现低频频率失真。又由于输入信号幅度较小(0.01V )，叠加后也未超出线性动态范围，所以，不会出现非线性失真。5）输入信号的两个频率分量为 f1=1kHz ， f 2=10MHz ，fLf1 f H，所以，放 大后会出现高频频率失真。又由于输入信号幅度较小（ 0.01V ），叠加后也未超出线性 动态范围，所以，不会出现非线性失真。3- 7】分相器电路如题图 3.5 所示。该电路的特点是 RC=RE，在集电极和发射极可输 出一对等值反相的信号。 现如今有一容性负载 CL，若将 CL 分别接到集电极和发射极， 则由 CL 引入的上限频率各为多少？不考虑晶

11、体管内部电容的影响。解】本题用来熟悉：负载电容对放大器高频响应的影响。题图 3.51）若将开关 S接 a点，则负载电容 CL接至集电极，由此引入的上限频率 fHa为1 1 fHa =2 RoaCL 2 RCCL2）若将开关 S接 b点，则负载电容 CL接至发射极，由此引入的上限频率fHb为1 1fHb =2RobCLrbe2 （RE） CL1+可见， fHb fHa，这是因为射极输出时的输出电阻Rob很小，带负载能力强的缘故。3- 8】放大电路如题图 3.6（a）所示。已知晶体管参数 =100 ，rbb=100，rbe=2.6k ， Cbe=60pF，Cbc =4pF，电路参数如图所示，要求的

12、频率特性如题图3.6（b）所示。试回答： （ 1） RC=？（首先满足中频增益的要求） （ 2） C1=？（ 3）fH=？b)题图 3.6解】本题用来熟悉：放大器频率响应的分析方法。1)由题图 3.6(b)可知，中频增益 AVSM=40dB，即 100 倍。而 RC100 RCAvsm = 100Rs+ rbb +rbe0.1+0.1+2.6故 RC=2.8k 2) 由题图 3.6( a)可知， C1 决定了下限频率，由题图 3.6( b)又可知， fL=10Hz ， 则有；1fL =102 (Rs+ rbe)C11C1 =2 (Rs+ rbe) fL1 5.68 F23.14(0.1+0.1

13、+2.6) 10310 取 C1 =10 F。13) fH = 1.609MHz2 (Rs+ rbb) rbe Cbe+CMRC2.8 103其中，CM =Cbc(1+ )=4(1+) 434.8pFre 263-9 】放大电路如题图 3.7 所示。要求下限频率 fL=10Hz ，若假设 rbe=2.6k ，且 C1、 C2、C3 对下限频率的贡献是一样的，试分别确定C1、C2、C3 的值。题图 3.7解】本题用来熟悉：放大器下限频率的分析方法根据题图 3.7 和题意可得：fL= fL12+fL22+fL32 = 3 fL1fL10因此 fL1=fL2=fL3 = 5.77Hz3 3仅考虑 C

14、1 的影响）1而fL1 2 (Rs+RB1 RB2 rbe)C11fL22 (RC+RL)C2fL3 Rs+rbe2 RE 1+C31C12(Rs+RB1RB2rbe) fL 118.23F2 3.14 (1+150302.6)1035.771C22(RC+RL) fL 223.14(3+10) 1035.772.12FRs+rbefL 31+1+2.62 3.14 21+100 5.77766F取 C1=10 F，C2=10F， C3=1000F。3-10】在题图 3.7 中，若下列参数变化，对放大器性能有何影响（指ICQ、Avm、Ri、Ro、fH、fL 等）？1）RL 变大；（2）CL 变

15、大；（ 3）RE变大；（ 4） C1变大。 解】本题用来熟悉：电路参数对放大器性能的影响。1）RL 变大，对 ICQ、Ri、Ro无影响。(RC RL) 但 Av m变大，因为Avm =rbefH 减小，因为 fH = 1.609MHz2 (Rs+ rbb ) r be Cbe+CM1fL 减小，因为 fL2 =2 (RC+ RL) C22)CL 变大，对 ICQ、Avm、Ri、Ro均无影响，但会使 fH 减小，因为1fH2=2 (RC+RL) CLRB2 VCC VBE(on)3) RE变大，将使 ICQ 减小，因为ICQIEQ RB1+RB2RE26mV Ri 增大，因为 RiRB1RB2

16、rbe，而 r be= r bb +(1+ )。ICQAvm 增大，因为 rbe增大。 Ro基本不变， fH 基本不变， fL 将减小。4) C1变大， ICQ、 Avm、 Ri、 Ro、 fH基本不变，而 fL 将减小。3-11】一阶跃电压信号加于放大器输入端， 用示波器观察输出信号， 显示如题图 3.8(b) 所示的波形，试估计该放大器的建立时间tr 和上限频率 fH。(假设示波器本身的带宽远大于被测放大器带宽，且放大器为单极点系统) 。解】本题用来熟悉：建立时间 tr 的概念以及建立时间 tr与上限频率 f H之间的关系。建立时间 tr定义为输出电压从 10%Vo上升到 90%Vo所需要

17、的时间。 由题图 3.8(b)可得： tr=0.4 0.13=0.27 s+vo( t)a)b)s0.35 fH= tr0.35图 1.33.1M3H z0.27E5-2 R=1K ， E=10V， ui=20sin（ t） V，分别画出输出电压 uo 的波形。二极管的正 向压降忽略不计。uID1 + +EuOuO解： -20V ui10V ， D1截至， uo=ui10V ui20V ， D1导通， uo=10V解： -20V ui10V ， D2截至， uo=10V10V uiVE, 发射结正偏；VBVE, 发射结正偏；VBVB, 集电结反偏，所以三极管处于放大状VCVB, 集电结反偏，所

18、以三极管处于截止状已知 VCC=12V,RC=3K , R B=240K, =60,UBE=0.7V 。6-4 】放大电路如下图。1）估算 Q点；（2）静态时， C1,C2 上的电压各为多少？并标出极性。解：(1) I BQVCC U BEQ 12-0.7= =47 A，ICQI BQ 60 47 2.8mARB240K CQ BQUCEQ VCC I CQ RC =12-2.8m 3K 3.6V（2） 静态时， C1上电压为 0.7V，C2上电压为 3.6V ，极性如图所示。【6-7 】续 6-4 ，画出微变等效电路， 并分别求以下两种情况下的电压放大倍数Au：（1）负载开路，（2）RL=6

19、K。解：微变等效电路：rbe26mV 10IB26mV 56347 AuiRBrbeRCRLuo(1)负载开路： uoibRCA =uo =- RC =-60 3Ku uirbe0.563K， ui ibrbe320rbe2)RL=6K :(3K /6K)0.563K213uo(RC /RL) 60Au = =- =-uirbe【6-9 】电路如下图，已知 VCC=12V,RC=3K , R B1=68K , R B2=22K , R E=2K , R L=6K, =60,设 RS=0,U BE=0.7V 。（1）估算 Q点；（2）画出微变等效电路，求电压放大倍数Au，输入电阻 r i ，输出

20、电阻 ro解： (1) VBVCC R RB2R =12RB1 RB222K68K+22K=2.9V ，EQVB UBERE2.9 0.72K1.1m A， I BQI EQ1.1m6118 AuoRL =6K(RC / RL ) =- 60 (3K /6K)1.4K86UCEQ VCC IC(Q RC +RE)=12-1.1m (3K+2K)6.5V（2） 微变等效电路：26mV 26mVrbe rbbIB 10 18 A 1.4K输入电阻 ri =R B1/R B2 /rbe 68K/22K/1.4K 1.4K求输出电阻 ro 等效电路如下：i bibRB1 /RB2rbeRCroro =

21、R C =3K6-10 】续 6-9 ，若旁路电容端开， （1）静态值有无改变？（ 2）画出此时微变等效电路，求电压放大倍数 Au,输入电阻 r i，输出电阻 r o？并说明发射极电阻对它们的影响。 解：（ 1）静态值不变。2）微变等效电路：26mV26mV18 A1.4KuorberbbIBi(b RC/ RL ) ，ui ibrbe (1)ibREA =uo =- (RC/ RL) =- 60 (3K / 6K ) 0.98Au=ui =-rbe (1 )RE =- 1.4K 61 2K 0.98)RE=1.4K 61 2K 123Kui输入电阻 ri=RB/R，其中 Ri rbe (1i

22、b所以， ri=R B/R=68K/22K/123 K 15K求输出电阻 ro 等效电路如下：i bibro=RC=3K【6-13 】射极输出器电路如下，已知 VCC=12V, R B=100K , R E=2K, R S=100, R L=4K , =100,设 UBE=0.7V。（1）估算 Q点；（2）画出微变等效电路，求电压放大倍数Au，输入电阻 r i ，输出电阻 ro解：(1) I BQVCCRB (1)RE12100K+101 2K=40 A ，ICQIBQ 4mA，UCEQ VCC I CQRE=12-4m 2K 4V2)微变等效电路：rberbb26mV10 26mV660be

23、bb IB 40 ABC)i(b RE/ RL)uo = (1 () RE/ RL) ui =rbe (1 () RE/ RL)101 (2K/4K)0.66K 101 (2K /4K)uo (1)i(b RE/ RL) ，ui ibrbe (1() RE/ RL )=0.6K+101 1.3K131Ku输入电阻 ri=RB/R，其中 Ri rbe (1ib所以， ri =R B/R=100K/131 K 57K求输出电阻 ro等效电路如下：BCibro =R E /R，其中 Ru(1)ibibrbe ( RS / RB )(1)ib0.6K (0.1K /100 K )101所以， rO=R

24、 E/R=2K/7 71】电 路 如 图 所 示 ， 晶 体 管 的 60 ， rbb 10 。 U BE 0.7V1) 估算静态工作点 Q ，2) 估算晶体管的输入电阻 rbe, 画出放大电路的微变等效电路； 计算 Au 、Ri 和 Ro；3)设 U s 10mV ( 有 效 值 )，问Ui？Uo？若 C1 * 3 开路，则 Ui ？ U？2】已知晶 体管 T 的 80， rbb =10， U BE0.6V 。E6-21 在两级放大电路中： （1）哪些是直流负反馈？（ 2）哪些是交流负反馈？并说 明其类型（3）如果 RF不接在 T2 的集电极，而是接在 C2与 RL之间，两者有何不同？（4）如果 RF的另一端不接在 T1 的发射极，而是接在它的基极，有何不同？是否会变 为正反馈？C（1） R E2为 T2级中的直流负反馈（2）R E1为 T1 级中的交直流负反馈，