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108 sa(s) =（ s+10 2）（ s+10 5）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i各为多少？a【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：10 sa(s) =(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 )

2、 =10 j (1+j /102) (1+j /105)写出其幅频特性及相频特性表达式如下：10 a() =( )= arctan arctan1+( /102 )21+(/10 5)22102105对 a()取对数得对数幅频特性：20lga( ) =20lg10 20lg 20lg1+(/102) 2 20lg1+( /10 5) 2（ 3）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()/db604020lg（ a）20lg10200110 102 103104 105 106107108/(rad/s) 20lg 1+(/102)2 20lg 1+(

3、/105 )2().+90o+90o+45o（b）0.由题图 3.1（ a）可得，放大器的中频增益 ai =60db ，上限频率 fh=10 5/2 15.9khz，下限频率 fl =102 /2 15.9hz。【 3- 2】已知某放大器的频率特性表达式为200 106a(j ) =j +10 6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：200200a(j ) =则a() =1+j /1061+( /106)2当 = 0 时， a(0) =200，即为放大器的直流增益（或低频增益

4、）。当 200a(0)6) =，求得： =10 rad/s= 时， a(h h62h1+(h)2/10相应的上限频率为h106 159.2khzfh =22 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。()/db( )400.44400/(mrad/s). 2045o45o/十倍频0/(mrad/s)90o440400.（b）题图3.2【解】本题用来熟悉：晶体三极管的频

5、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+j1+j /4 106t 也可按 t 0 =100 4=400 mrad/s 求得。 ( ) = arctan4 106因此，可画出相频特性的渐近波特图如题图3.2（b）所示。【 3- 4】已知某放大器的频率特性表达式为1013( j+ 100)a(j ) =(j +10 6) (j +107)（ 1）试画出该放大器的幅频特性和相频特性波特图；（ 2）确定其中频增益及上限频率的大小。【解】本题用来熟悉：

6、（ 1）由放大器的频率特性表达式画波特图的方法；（ 2）由波特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a(j ) =1013( j+ 100)=102(1+ j/102)(1+ j /106) (1+ j/107)(j +10 6) (j +107)相应的幅频特性及相频特性表达式为102 1+( /102 )2a() =1+( /107)2( ) = arctanarctan arctan1+( /106)2102106107由此可画出其波特图如题图3.3 所示。a()/db120100十倍频 20db/ 十倍频.+20db/8060+20lg 1+(/10 2

7、)24020lg10 220.（ a） 幅频特性( ) arctan(/106)+90oo 45o/ 十倍频+45 /十倍频+45o 90o/十倍频0 110 102/(rad/s)103104 567891010101010 45o45o/十倍频 90o arctan(/106 ) arctan(/107)（ 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=10 7 /2 1.6mhz 。【 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 =?（

8、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。（ 1）该放大器是一个三阶重极点、无零点系统，中、低频放大倍数avi =60b 。1000（ 2）av() =7 2 3( )=3arctan1+(/10 )107（ 3）幅频特性波特图如题图3.4 所示。av()/db60.4060db/ 十倍频20.题图3.4当 h1000=1000 h7=时，av(h) =求得：1+( h /107)2 3 0.51 10 rad/s2 h0.51 107相应的上限频率为fh =0

9、.812mhz22 3.14【 3- 6】一放大器的中频增益为 avi =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 104t) (v)（ 2） vi (t) = 10sin(2 3 106t) (mv)（ 3） vi (t) = 10sin(2 400t)+10sin(2 106t) (mv)（ 4） vi (t) = 10sin(2 10t)+10sin(2 5 104t) (mv)（ 5） vi (t) = 10sin(2 103

10、t)+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 fl f 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 2100=20v ，已大大超出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f l f fh，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0.01 2100=2v vopp （ 10

11、v ），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 ， f1 fl， fl f 2 fh，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 ， fl f1 fh ， f2 f h，所以，放大后会出现高频频

12、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。+v ccrcrbasc1+t+v ibclvore题图 3.5（ 1）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11fha =2 roacl2 rccl（ 2）若

13、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=1f =hbr be2 robcle) cl2 (r 1+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，r be=2.6k， cbe =60pf， cbc =4pf，电路参数如图所示，要求的频率特性如题图3.6（b）所示。试回答： （ 1） rc=？（首先满足中频增益的要求）（ 2） c1=？（ 3）f h=？+v bb+v ccrbrca()/db500k40c1+tc220.

14、 rs 100vo0+vsfl =10hzfhf.（ 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 = +r= 100r + r0.1+0.1+2.6sbbbe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；1=10fl =2 (rs+ rbe)c1111= 5.68 fc =sbel3102 (r + r) f2 3.14 (0.1+0.1+2.6) 10取 c1 =10 f。（ 3）

15、h1 1.609mhzf =2 (r + r ) r c +cmsbbbebec2.8 103其中，cm =cbc (1+r) 434.8pf)=4 (1+26re【 3-9】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、c 、 c3对下限频率的贡献是一样的，试分别确定c、 c 、c3的值。212+v cc (+15v)rb1rc3kc2150k c1+trs 1krlrb2vo+re10k30kc3vs2k.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=l12 l22+fl32=l1f+f3

16、f因此f l1=f l2=fl3 =fl=10 5.77hz33而 fl11（仅考虑 c1 的影响）2 (rs+rb1 rb2 r be) c11fl2 2 (rc+rl )c2f1l3rs+rbec32 re1+故c1=1 8.23 f12 3.14(1+150 30 2.6)103 5.77sb1b2bel 12 (r +r r r) fc21=1 2.12 f2 (rc+rl) fl 22 3.14 (3+10) 1035.771=13s be1+2.6c 2r +rfl 32 3.14 2 5.77r e1+1001+取 c1=10 f， c2=10 f， c3=1000 f。【 3-

17、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ro、 fh 、fl 等）？（ 1） rl 变大；（2） cl 变大；（ 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。 766 ficq、 avm、 ri、（ 1） rl 变大，对i cq、 ri、 ro 无影响。(rc rl )但 avm 变大，因为avm =。rbe.h1 1.609mhz减小，因为fh =f2 (rs+ rbb )r b e cb e+cm1fl 减小，因为fl2 =2 (rc+ rl ) c2（ 2） cl 变大，对 i cq、 avm、 ri、 ro 均无影响

18、，但会使fh 减小，因为1h2=fcll2 (r +r ) crb2vcc vbe(on)（ 3） re 变大，将使 icq 减小，因为i cqi eqrb1+rb2rer 增大，因为 r r r r ，而 r =r +(1+26mv。b2)iib1bebe bbi cqa增大，因为 rbe增大。vmro 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。（

19、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 所需要的时间。 由题图 3.8(b) 可得：tr=0.4 0.13=0.27 svo/v示波器1086+放大器+4vivo ( t)20t/ s0.20.40.60.8（a）（ b）f =0.350.35图 1.33mhz.13.=htr0.27.e5-2 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。uo+

20、r+解： -20v ui10v， d1 截至， uo=uid110vuiu o10v ui20v ， d1 导通， uo=10v+-e-解： -20v ui10vuo+ d2+， d2 截至， uo=10vr10v10v uive, 发射结正偏； vcvb, 集电结反偏，所以三极管处于放大状态(b) 图为 pnp型三极管， vbve, 发射结正偏； vcvb, 集电结反偏，所以三极管处于放大状态(c) 图为 npn型三极管， vbvb, 集电结反偏，所以三极管处于截止状态【 6-4 】放大电路如下图。已知 vcc=12v,rc=3k , r b=240k , =60,u be=0.7v 。（

21、1）估算 q点；（ 2）静态时， c1,c2 上的电压各为多少？并标出极性。tt39.+vccrbrc+c2c1rluouivccu beq12 07解： (1) i bq- .=47 a，i cqi bq 60 47 2.8ma=rb240ku ceq vcc i cq rc =12-2.8m 3k3.6v(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=6k。解：微变等效电路： rbe26mv26mvrbb 10563i b47

22、a+i bibrbrbercrl uoui-(1)负载开路： uoi brc， ui ib rbeau = uo =-rc =- 603k320uirbe0.563k（2）rl =6k :au = uo =-(rc / rl ) =-60(3 k / 6k )213uirbe0.563k【 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 ，输出电阻r o.+vb1rccrccc2

23、1uluob2erierrc解： (1) vbvccrb 2=1222 krb1rb2=2.9v ，68k+22kvbu be2.90.7i eq1.1mi eqre2k1.1ma， i bq18 a161u ceqvcc（）（3k+2k)6.5vi cqrc +re =12-1.1m(2) 微变等效电路： rberbb 26mv26mv1.4ki b10a18+i bibrbercrl uui rb 1 / rb 2-o-rl =6k： au = uo =-( rc / rl ) =- 60 (3k / 6k )86uirbe1.4 k输入电阻 ri =r b1/r b2 /rbe68k/2

24、2k/1.4k1.4k求输出电阻ro 等效电路如下：i bibrb 1 / rb 2rbercroro =r c =3k【 6-10 】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：rbe26mv26mvrbb101.4ki b18ai bi b+rberl uorbrcui-re-ruo（rc/rl)，uiib rbe(1)ib reiba =uo=-（rc/rl )=-60 (3k / 6k )0.98uuirbe(1)

25、re1.4k612kuirbe (1 ) re =1.4k 61 2k 123k输入电阻 ri =r b /r ，其中 rib所以， ri =r b /r=68k/22k/123k15k求输出电阻ro 等效电路如下：i bibrbercreroro =r c =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r o.+vccrbc1c2rsvire rlousv解： (1) i b

26、qvcc=12=40 a ，rb(1)re100k+101 2k，u ceqvcci cq re =12-4m2k 4vicqi bq 4ma（ 2）微变等效电路：rbe26mv26mvrbb1040660i babci bibrsrbeeusu i rbrerl uouo (1（re/rl)，ui)i buo(1（/rl) reau =(1（/rl)uirbe) reibrbe (1（re/rl)ib101(2k / 4k )10.66k101(2k / 4k )输入电阻 ri =r b /r，其中 ruirbe(1（) re / rl )=0.6k+101 1.3k 131ki b所以，

27、ri =r b /r=100k/131 k57k求输出电阻 ro等效电路如下：.bci bibrsrberbe+u re-rr ouib rbe( rs / rb )0.6k (0.1k/100 k )ro =r e /r，其中 r(1)i b1017(1 )ib所以， ro =r e /r=2k/77【 1】电 路 如 图 所 示 ， 晶 体 管 的 60 ， rbb 10 。 u be0.7v（ 1） 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 u i ？

28、u o ？ 若 c3 开 路 ， 则 u i ？ u o ？【 2】如图所示放大电路 ， 已知晶 体 管 t 的 80， rbb=10， u be 0.6v 。（ 1） 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） 若电容 ce 开路，则将引起电路的哪些动态参数发生变化？如何变化？.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？vccrb1rc1rf+rc22cc1+t2+-+t1rolur+-uirrcb2e1e2e2-(1) r e2 为 t2 级中的直流负反馈(2)