浙大模電2篇5章習(xí)題解答.pdf

282 第二篇第二篇第第 5 5 章習(xí)題章習(xí)題 題題2 2 2 2 5 5 5 5 1 1 1 1在圖題2 5 1所示電路中 設(shè)電容C 1 F Rb 100 k rbe 1 k Rc 2 k 100 Rs 0 1 求電路的下限頻率fL 2 當(dāng)信號(hào)源頻率下降到下限頻率fL時(shí) 電壓放大倍數(shù)為多少 輸出電壓與信號(hào)源電 壓的相位差為多少 圖題圖題 2 2 2 2 5 5 5 5 1 1 1 1 解 1 下限頻率是由放大電路中的耦合電容和射極旁路電容引起的 該電路中只有輸入 回路的耦合電容器 所以只要 求該電容器兩端的等效電阻后 就能求得下限頻率fL Hz 159 10102 1 2 1 2 1 63 CRrRCR f Sbebi L 2 當(dāng)信號(hào)源頻率下降到下限頻率fL時(shí) 電壓放大倍數(shù)為中頻區(qū)的 0 707 倍 即 3dB 200 1 2100 be c vm r R A 140707 0 vmvL AA 在低頻段 輸出電壓是超前輸入信號(hào)頻率的 而在下限頻率點(diǎn)上 正也超前 45 O 所以 輸出電壓與輸入電壓的相位差為 180 45 135 題題 2 2 2 2 5 5 5 5 2 2 2 2某放大電路電壓放大倍數(shù)的頻率特性表達(dá)式為 kHz 50 1Hz 10 1 Hz 10 100 jfjf jf Av 畫出其波特圖 求其下限截止頻率fL和上限截止頻率fH 283 解 這是一個(gè)全頻段的頻率特性復(fù)數(shù)表達(dá)式 從該式就能確定上 下限頻率 也可以畫出 幅頻特性和相頻特性后求出上 下限頻率 其波特圖如下 所以有 fL 10Hz fH 50kHz 題題 2 2 2 2 5 5 5 5 3 3 3 3 某放大電路電壓放大倍數(shù)高頻段的頻率特性表達(dá)式為 MHz 1 1kHz 100 1 100 jfjf Av 畫出其波特圖 求其上限截止頻率fH的近似值 解 因?yàn)樵搹?fù)數(shù)表達(dá)式有兩個(gè)轉(zhuǎn)折頻率點(diǎn) 所以采用近似的漸近線畫出的波特圖為 根據(jù)上 下限頻率定義 有上限截止頻率fH 100kHz 題題 2 2 2 2 5 5 5 5 4 4 4 4 已知某反相放大電路電壓放大倍數(shù)的對(duì)數(shù)幅頻特性曲線如圖題 2 5 4 所示 284 1 寫出該放大電路電壓放大倍數(shù)的頻率特性表達(dá)式 2 寫出該放大電路電壓放大倍數(shù)的相頻特性表達(dá)式 畫出對(duì)數(shù)相頻特性曲線 圖題圖題 2 2 2 2 5 5 5 5 4 4 4 4 解 1 從波特圖可知 該表達(dá)式可知 電路是一個(gè)直接耦合放大器 其放大電路中頻段的 電壓放大倍數(shù)為 80dB 即 104 高頻轉(zhuǎn)折頻率分別為 100K Hz 105Hz 107Hz 108Hz 三個(gè) 所以其頻率特性表達(dá)式為 Hz10 1 Hz10 1 Hz10 1 10 875 4 jfjfjf Av 2 相頻特性表達(dá)式為 10 10 10 180 875 farctgfarctgfarctg 對(duì)數(shù)相頻特性曲線為 285 題題2 5 2 5 2 5 2 5 5 5 5 5 某運(yùn)放的開(kāi)環(huán)增益為106 其最低的轉(zhuǎn)折頻率為5Hz 若將該運(yùn)放組成一個(gè)同相放大 電路 并使它的增益為100 問(wèn)此時(shí)的帶寬和增益 帶寬積各為多少 解 該題采用增益帶寬乘積是一個(gè)常數(shù)的基本概念求解 根據(jù)已知條件 A 106fH 5Hz fA 100 因此有 fA fHf A f fHf 106 5 100 5 104 Hz 50 kHz A BW 100 50kHz 題題2 5 2 5 2 5 2 5 6 6 6 6 某個(gè)集成運(yùn)放的開(kāi)環(huán)頻率特性表達(dá)式為 1 1 1 321 ppp odm od f f j f f j f f j A A 式中 fp1 10kHz fp2 1MHz fp3 5MHz odm A 104 1 試畫出它的波特圖 對(duì)數(shù)幅頻和相頻特性 2 若用它構(gòu)成負(fù)反饋放大器 試問(wèn)中頻閉環(huán)增益減小到多少分貝時(shí) 電路將產(chǎn)生臨界 自激振蕩 3 若要求留有45 的相位裕度時(shí) 最小中頻閉環(huán)增益應(yīng)取多少 解 1 波特圖如圖 2 5 6 1 圖 2 5 6 1 2 根據(jù)負(fù)反饋放大器自激的兩個(gè)條件 相位條件和幅度條件 得 從相頻特性的 286 180 處作一條垂直線與幅頻特性相交于 N 點(diǎn) 由 N 點(diǎn)得到 閉環(huán)增益減小到大約 26dB 時(shí) 正好滿足自激振蕩的兩個(gè)條件 電路將產(chǎn)生臨界自激振蕩 3 因?yàn)橐?45 的相位裕度 所以從相頻特性的 145 處作垂直線與幅頻特性 相交于 M 點(diǎn) 由 M 點(diǎn)得到 最小中頻閉環(huán)增益約為 43dB 題2 5 7 某三極點(diǎn)放大電路的中頻開(kāi)環(huán)增益Avm 4 104 fp1 2kHz fp2 200kHz fp3 5MHz 試畫出它的波特圖 1 若要求 vfA 400時(shí) 用作圖法估算相位裕度 m 2 若要求 vfA 100時(shí) 重新估算 m 解 波特圖見(jiàn)圖 2 5 7 圖 2 5 7 1 400 vf A 即 20lg vf A 52dB 由幅頻特性上 52dB 處作垂直線與相頻特性交于 N 點(diǎn) 由 N 點(diǎn)求出 135 所以 m 180 135 45 2 vf A 100 即 20lg vf A 40dB 由幅頻特性上 40dB 處作垂直線與相頻特性交于 M 點(diǎn) 由 M 點(diǎn)求出 145 所以 m 180 145 35 題題2 5 2 5 2 5 2 5 8 8 8 8 圖題2 5 8為某負(fù)反饋放大電路在F 0 1時(shí)的環(huán)路增益波特圖 1 寫出開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)A 的表達(dá)式 287 2 說(shuō)明該負(fù)反饋放大電路是否會(huì)產(chǎn)生自激振蕩 3 若產(chǎn)生自激 則求出F 應(yīng)下降到多少才能使電路到達(dá)臨界穩(wěn)定狀態(tài) 若不產(chǎn)生自 激 則說(shuō)明有多大的相位裕度 圖題圖題 2 5 2 5 2 5 2 5 8 8 8 8 解 1 10 1 10 1 10 1 10 542 5 f j f j f j A 2 幅頻特性上 20lg FA 0 處作垂直線與相頻特性交于 225 所以會(huì)自激 3 相頻特性上 180 處作垂直線與幅頻特性交于 20dB 臨界自激時(shí)應(yīng)與幅頻特 性交于 0dB 處 所以若幅頻特性再往下移 20dB 即可 原來(lái) F 0 1 所以 F 0 01 時(shí) 臨界自激 288 圖 2 5 8 1 題題 2 2 2 2 5 5 5 5 9 9 9 9 上機(jī)題上機(jī)題 單管放大電路如圖題 2 5 9 所示 Vi為 5mV 幅值 的正弦交流電壓 設(shè)三 極管 Q2N3904 的模型參數(shù)為 132 試仿真分析 1 電壓增益的幅頻特性和相頻特性曲線 2 當(dāng)頻率從 10 Hz 變化到 100 MHz 時(shí) 繪制輸入阻抗的幅頻特性曲線 3 當(dāng)頻率從 10 Hz 變化到 100 MHz 時(shí) 繪制輸出阻抗的幅頻特性曲線 圖題圖題 2 2 2 2 5 5 5 5 9 9 9 9 解 解 首先輸入并編輯好電路圖 根據(jù)要求設(shè)置有關(guān)分析參數(shù) 1 通過(guò)瞬態(tài) Transient 分析可以查看放大電路各點(diǎn)的波形 其中輸入電壓和輸出電壓 的波形如圖 2 5 9 1 所示 289 圖圖 2 5 9 1 1 1 1 輸入電壓和輸出電壓的波形輸入電壓和輸出電壓的波形 2 通過(guò)交流 AC Sweep 分析可以查看放大電路的頻率特性 電壓增益的幅頻特性和相 頻特性如圖 2 2 2 2 5 5 5 5 9 9 9 9 2 所示 下限頻率fL為 33Hz 上限頻率fH為 30MHz 中頻段的電壓放大 倍數(shù)為 47 3 3 輸入阻抗的幅頻特性如圖 2 2 2 2 5 5 5 5 9 9 9 9 3 所示 中頻段時(shí)輸入電阻為 4 2k 圖圖 2 5 9 2 2 2 2 幅頻與相頻特性曲線幅頻與相頻特性曲線 290 圖圖 2 5 9 3 3 3 3 輸入阻抗特性曲線輸入阻抗特性曲線 圖圖 2 5 9 4 4 4 4 輸出阻抗分析計(jì)算電路輸出阻抗分析計(jì)算電路 圖圖 2 5 9 5 5 5 5 輸出阻抗特性曲線輸出阻抗特性曲線 291 圖圖 2 5 9 6 6 6 6 輸出電壓的失真情況輸出電壓的失真情況 圖圖 2 5 9 7 7 7 7 輸出波形的頻譜圖輸出波形的頻譜圖 在瞬態(tài)分析中設(shè)置傅里葉分析 在輸出文件中可以得到如下結(jié)果 其中總諧波系數(shù)為 32 5 FOURIER COMPONENTS OF TRANSIENT RESPONSE V out DC COMPONENT 5 327622E 03 HARMONIC FREQUENCY FOURIER NORMALIZED PHASE NORMALIZED NO HZ COMPONENTCOMPONENT DEG PHASE DEG 11 000E 031 527E 001 000E 00 1 784E 020 000E 00 22 000E 034 886E 013 200E 019 349E 012 719E 02 33 000E 038 891E 025 823E 026 692E 001 851E 02 44 000E 036 009E 033 935E 03 7 250E 011 059E 02 55 000E 031 410E 039 236E 042 309E 001 807E 02 66 000E 033 737E 042 448E 04 7 587E 011 026E 02 77 000E 034 282E 052 804E 051 185E 022 970E 02 88 000E 034 929E 053 228E 057 701E 012 554E 02 99 000E 035 352E 053 505E 058 220E 012 606E 02 101 000E 045 445E 053 566E 057 936E 012 578E 02 TOTAL HARMONIC DISTORTION 3 252327E 01 PERCENT 題題 2 2 2 2 5 5 5 5 10101010 上機(jī)題上機(jī)題 試仿真分析圖題 2 5 10 所示電路的中頻電壓增益 v A 和上限頻率fH 292 圖題圖題 2 2 2 2 5 5 5 5 10101010 圖解圖解 2 2 2 2 5 5 5 5