模擬電路典型例題講解

1、3.3 頻率響應(yīng)典型習(xí)題詳解3- 1】已知某放大器的傳遞函數(shù)為108sA(s)= (s+102)(s+105)試畫出相應(yīng)的幅頻特性與相頻特性漸近波特圖， 并指出放大器的上限頻率 fH ，下 限頻率 fL 及中頻增益 AI 各為多少？解】本題用來熟悉： (1)由傳遞函數(shù)畫波特圖的方法； (2)由波特圖確定放大器頻 響參數(shù)的方法。由傳遞函數(shù)可知，該放大器有兩個極點(diǎn)：p1=102rad/s，p2=105rad/s 和一個零點(diǎn) z=0 。1) 將 A(s)變換成以下標(biāo)準(zhǔn)形式：A(s)=10s(1+s/102) (1+s/105)2) 將 s=j 代入上式得放大器的頻率特性：A(j)=10j(1+j /

2、102) (1+j /105)寫出其幅頻特性及相頻特性表達(dá)式如下：10 A( )=1+(/102)2 1+(/105)2 對 A( )取對數(shù)得對數(shù)幅頻特性： ( ) = arctan arctan2 5210210520lgA()=20lg1020lg20lg 1+(/102) 2 20lg 1+(/105) 23) 在半對數(shù)坐標(biāo)系中按 20lgA()及 ( )的關(guān)系作波特圖，如題圖 3.1 所示。a)+90o+90o+45ob)由題圖 3.1(a)可得，放大器的中頻增益 AI=60dB ，上限頻率 fH=105/2 15.9kHz， 下限頻率 fL=102/2 15.9Hz。3- 2】已知某

3、放大器的頻率特性表達(dá)式為200 106A(j)=6j+106試問該放大器的中頻增益、上限頻率及增益帶寬積各為多少？解】本題用來熟悉：由放大器的頻率特性表達(dá)式確定其頻率參數(shù)的方法。將給出的頻率特性表達(dá)試變換成標(biāo)準(zhǔn)形式：200A(j)= 1+j/106200 A()= 1+(/106)2200= 0 時， A(0) =200，即為放大器的直流增益(或低頻增益)。H=106rad/s當(dāng)=H時， A(H)= A(0) ，求得：1+( H/106)22H106相應(yīng)的上限頻率為fH = 159.2kHz2 2 3.14由增益帶寬積的定義可求得： GBW= A(0) fH 31.84MHz 思考：此題是否可

4、用波特圖求解？3- 3】已知某晶體管電流放大倍數(shù) 的頻率特性波特圖如題圖 3.2( a)所示，試寫出 的頻率特性表達(dá)式，分別指出該管的、T 各為多少？并畫出其相頻特性的漸近波特圖。 /(Mrad/s)090o45o題圖 3.2b）解】本題用來熟悉：晶體三極管的頻率特性及其頻率參數(shù)的確定方法。由 （）的漸近波特圖可知： 0=100，=4Mrad/s，T=400Mrad/s 。它是一個單 極點(diǎn)系統(tǒng)，故相應(yīng)的頻率特性表達(dá)式為：0200（j） =1+j / 1+j /4106T也可按 T0=1004=400 Mrad/s 求得。)= arctan4106因此，可畫出相頻特性的漸近波特圖如題圖3- 4】

5、已知某放大器的頻率特性表達(dá)式為3.2（b）所示。A(j)=1013( j+ 100)(j+106) (j +107)（ 1）試畫出該放大器的幅頻特性和相頻特性波特圖； 限頻率的大小。解】本題用來熟悉： （1）由放大器的頻率特性表達(dá)式畫波特圖的方法； 圖確定放大器頻響參數(shù)的方法。1）將給定的頻率特性表達(dá)式變換成標(biāo)準(zhǔn)形式2）確定其中頻增益及上2）由波特1013(j+100)A(j)=(j+106) (j +107)102(1+ j/102)(1+ j/106)(1+ j/107)相應(yīng)的幅頻特性及相頻特性表達(dá)式為102 1+（ /102）2A( )=1+( /106)2 1+( /107)2( )

6、= arctan102arctan arctan106 107由此可畫出其波特圖如題圖3.3 所示。b） 相頻特性題圖 3.3（2）由題圖 3.3可知，該放大器的中頻增益 AVM =120dB , 上限頻率 fH=107/21.6MHz?！?- 5】已知某放大器的頻率特性函數(shù)為 1000Av(j ) =(1+j /107)3試問：（1）其中、低頻放大倍數(shù) AvI=?（2）Av（）及（） 的表達(dá)式如何？（ 3）畫出 其幅頻特性波特圖； （ 4）上限頻率 fH=？解】本題用來熟悉：由放大器的頻率特性函數(shù)確定放大器的頻響參數(shù)及畫波特圖的 方法。10001+(/107)231）該放大器是一個三階重極點(diǎn)

7、、無零點(diǎn)系統(tǒng)，中、低頻放大倍數(shù)AvI=60B。( )=3arctan1073） 幅頻特性波特圖如題圖 3.4 所示。Av()/dB604060dB/ 十倍頻20題圖 3.41000 1000當(dāng) =H 時， Av(H)=求得： H 0.51107rad/s1+( H/107)2 32H0.51 107相應(yīng)的上限頻率為fH = 0.812MHz22 3.143- 6】一放大器的中頻增益為 A vI =40dB ，上限頻率 fH=2MHz ，下限頻率 fL=100Hz ， 輸出不失真的動態(tài)范圍為 Vopp=10V ，在下列各種輸入信號情況下會產(chǎn)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】本題用來熟悉：放大器的頻率失真問題。1) 輸入信號為一單一頻率正弦波， f =10kHz ，由于 fLf fH，所以，不存在頻率失 真問題。但由于輸入信號幅度較大( 0.1V )，經(jīng) 100 倍的放大后峰峰值為 0.1 2 100=20V ，已大大超出

9、輸出不失真的動態(tài)范圍為Vopp=10V ，故輸出信號將產(chǎn)生嚴(yán)重的非線性失真(波形出現(xiàn)限幅狀態(tài)) 。2) 輸入信號為一單一頻率正弦波， f=1MHz ，由于 fLffH，所以，不存在頻率失 真問題。又由于輸入信號幅度較小( 0.01V )，經(jīng) 100 倍的放大后峰峰值為 0.012 100=2V Vopp(10V)，所以，也不會出現(xiàn)非線性失真。3) 輸入信號的兩個頻率分量為 f1=400Hz ，f2=1MHz ，均處在放大器的中頻區(qū)， 所以， 不存在頻率失真問題。又由于輸入信號幅度較小(0.01V )，所以，也不會出現(xiàn)非線性失真。4) 輸入信號的兩個頻率分量為 f1=10Hz，f2=50kHz，

10、f1 fL，fLf2fH，所以，放大 后會出現(xiàn)低頻頻率失真。又由于輸入信號幅度較小(0.01V )，疊加后也未超出線性動態(tài)范圍，所以，不會出現(xiàn)非線性失真。5）輸入信號的兩個頻率分量為 f1=1kHz ， f 2=10MHz ，fLf1 f H，所以，放 大后會出現(xiàn)高頻頻率失真。又由于輸入信號幅度較?。?0.01V ），疊加后也未超出線性 動態(tài)范圍，所以，不會出現(xiàn)非線性失真。3- 7】分相器電路如題圖 3.5 所示。該電路的特點(diǎn)是 RC=RE，在集電極和發(fā)射極可輸 出一對等值反相的信號。 現(xiàn)如今有一容性負(fù)載 CL，若將 CL 分別接到集電極和發(fā)射極， 則由 CL 引入的上限頻率各為多少？不考慮晶

11、體管內(nèi)部電容的影響。解】本題用來熟悉：負(fù)載電容對放大器高頻響應(yīng)的影響。題圖 3.51）若將開關(guān) S接 a點(diǎn)，則負(fù)載電容 CL接至集電極，由此引入的上限頻率 fHa為1 1 fHa =2 RoaCL 2 RCCL2）若將開關(guān) S接 b點(diǎn)，則負(fù)載電容 CL接至發(fā)射極，由此引入的上限頻率fHb為1 1fHb =2RobCLrbe2 （RE） CL1+可見， fHb fHa，這是因?yàn)樯錁O輸出時的輸出電阻Rob很小，帶負(fù)載能力強(qiáng)的緣故。3- 8】放大電路如題圖 3.6（a）所示。已知晶體管參數(shù) =100 ，rbb=100，rbe=2.6k ， Cbe=60pF，Cbc =4pF，電路參數(shù)如圖所示，要求的

12、頻率特性如題圖3.6（b）所示。試回答： （ 1） RC=？（首先滿足中頻增益的要求） （ 2） C1=？（ 3）fH=？b)題圖 3.6解】本題用來熟悉：放大器頻率響應(yīng)的分析方法。1)由題圖 3.6(b)可知，中頻增益 AVSM=40dB，即 100 倍。而 RC100 RCAvsm = 100Rs+ rbb +rbe0.1+0.1+2.6故 RC=2.8k 2) 由題圖 3.6( a)可知， C1 決定了下限頻率，由題圖 3.6( b)又可知， fL=10Hz ， 則有；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 】放大電路如題圖 3.7 所示。要求下限頻率 fL=10Hz ，若假設(shè) rbe=2.6k ，且 C1、 C2、C3 對下限頻率的貢獻(xiàn)是一樣的，試分別確定C1、C2、C3 的值。題圖 3.7解】本題用來熟悉：放大器下限頻率的分析方法根據(jù)題圖 3.7 和題意可得：fL= fL12+fL22+fL32 = 3 fL1fL10因此 fL1=fL2=fL3 = 5.77Hz3 3僅考慮 C

14、1 的影響）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】在題圖 3.7 中，若下列參數(shù)變化，對放大器性能有何影響（指ICQ、Avm、Ri、Ro、fH、fL 等）？1）RL 變大；（2）CL 變

15、大；（ 3）RE變大；（ 4） C1變大。 解】本題用來熟悉：電路參數(shù)對放大器性能的影響。1）RL 變大，對 ICQ、Ri、Ro無影響。(RC RL) 但 Av m變大，因?yàn)锳vm =rbefH 減小，因?yàn)?fH = 1.609MHz2 (Rs+ rbb ) r be Cbe+CM1fL 減小，因?yàn)?fL2 =2 (RC+ RL) C22)CL 變大，對 ICQ、Avm、Ri、Ro均無影響，但會使 fH 減小，因?yàn)?fH2=2 (RC+RL) CLRB2 VCC VBE(on)3) RE變大，將使 ICQ 減小，因?yàn)镮CQIEQ RB1+RB2RE26mV Ri 增大，因?yàn)?RiRB1RB2

16、rbe，而 r be= r bb +(1+ )。ICQAvm 增大，因?yàn)?rbe增大。 Ro基本不變， fH 基本不變， fL 將減小。4) C1變大， ICQ、 Avm、 Ri、 Ro、 fH基本不變，而 fL 將減小。3-11】一階躍電壓信號加于放大器輸入端， 用示波器觀察輸出信號， 顯示如題圖 3.8(b) 所示的波形，試估計該放大器的建立時間tr 和上限頻率 fH。(假設(shè)示波器本身的帶寬遠(yuǎn)大于被測放大器帶寬，且放大器為單極點(diǎn)系統(tǒng)) 。解】本題用來熟悉：建立時間 tr 的概念以及建立時間 tr與上限頻率 f H之間的關(guān)系。建立時間 tr定義為輸出電壓從 10%Vo上升到 90%Vo所需要

17、的時間。 由題圖 3.8(b)可得： tr=0.4 0.13=0.27 s+vo( t)a)b)s0.35 fH= tr0.35圖 1.33.1M3H z0.27E5-2 R=1K ， E=10V， ui=20sin（ t） V，分別畫出輸出電壓 uo 的波形。二極管的正 向壓降忽略不計。uID1 + +EuOuO解： -20V ui10V ， D1截至， uo=ui10V ui20V ， D1導(dǎo)通， uo=10V解： -20V ui10V ， D2截至， uo=10V10V uiVE, 發(fā)射結(jié)正偏；VBVE, 發(fā)射結(jié)正偏；VBVB, 集電結(jié)反偏，所以三極管處于放大狀VCVB, 集電結(jié)反偏，所

18、以三極管處于截止?fàn)钜阎?VCC=12V,RC=3K , R B=240K, =60,UBE=0.7V 。6-4 】放大電路如下圖。1）估算 Q點(diǎn)；（2）靜態(tài)時， C1,C2 上的電壓各為多少？并標(biāo)出極性。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） 靜態(tài)時， C1上電壓為 0.7V，C2上電壓為 3.6V ，極性如圖所示?！?-7 】續(xù) 6-4 ，畫出微變等效電路， 并分別求以下兩種情況下的電壓放大倍數(shù)Au：（1）負(fù)載開路，（2）RL=6

19、K。解：微變等效電路：rbe26mV 10IB26mV 56347 AuiRBrbeRCRLuo(1)負(fù)載開路： uoibRCA =uo =- RC =-60 3Ku uirbe0.563K， ui ibrbe320rbe2)RL=6K :(3K /6K)0.563K213uo(RC /RL) 60Au = =- =-uirbe【6-9 】電路如下圖，已知 VCC=12V,RC=3K , R B1=68K , R B2=22K , R E=2K , R L=6K, =60,設(shè) RS=0,U BE=0.7V 。（1）估算 Q點(diǎn)；（2）畫出微變等效電路，求電壓放大倍數(shù)Au，輸入電阻 r i ，輸出

20、電阻 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） 微變等效電路：26mV 26mVrbe rbbIB 10 18 A 1.4K輸入電阻 ri =R B1/R B2 /rbe 68K/22K/1.4K 1.4K求輸出電阻 ro 等效電路如下：i bibRB1 /RB2rbeRCroro =

21、R C =3K6-10 】續(xù) 6-9 ，若旁路電容端開， （1）靜態(tài)值有無改變？（ 2）畫出此時微變等效電路，求電壓放大倍數(shù) Au,輸入電阻 r i，輸出電阻 r o？并說明發(fā)射極電阻對它們的影響。 解：（ 1）靜態(tài)值不變。2）微變等效電路：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輸入電阻 ri=RB/R，其中 Ri rbe (1i

22、b所以， ri=R B/R=68K/22K/123 K 15K求輸出電阻 ro 等效電路如下：i bibro=RC=3K【6-13 】射極輸出器電路如下，已知 VCC=12V, R B=100K , R E=2K, R S=100, R L=4K , =100,設(shè) UBE=0.7V。（1）估算 Q點(diǎn)；（2）畫出微變等效電路，求電壓放大倍數(shù)Au，輸入電阻 r i ，輸出電阻 ro解：(1) I BQVCCRB (1)RE12100K+101 2K=40 A ，ICQIBQ 4mA，UCEQ VCC I CQRE=12-4m 2K 4V2)微變等效電路：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輸入電阻 ri=RB/R，其中 Ri rbe (1ib所以， ri =R B/R=100K/131 K 57K求輸出電阻 ro等效電路如下：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】電 路 如 圖 所 示 ， 晶 體 管 的 60 ， rbb 10 。 U BE 0.7V1) 估算靜態(tài)工作點(diǎn) Q ，2) 估算晶體管的輸入電阻 rbe, 畫出放大電路的微變等效電路； 計算 Au 、Ri 和 Ro；3)設(shè) U s 10mV ( 有 效 值 )，問Ui？Uo？若 C1 * 3 開路，則 Ui ？ U？2】已知晶 體管 T 的 80， rbb =10， U BE0.6V 。E6-21 在兩級放大電路中： （1）哪些是直流負(fù)反饋？（ 2）哪些是交流負(fù)反饋？并說 明其類型（3）如果 RF不接在 T2 的集電極，而是接在 C2與 RL之間，兩者有何不同？（4）如果 RF的另一端不接在 T1 的發(fā)射極，而是接在它的基極，有何不同？是否會變 為正反饋？C（1） R E2為 T2級中的直流負(fù)反饋（2）R E1為 T1 級中的交直流負(fù)反饋，