模擬電子電路及技術(shù)基礎(chǔ) 第二版 答案 孫肖子 第7章

1、第七章 頻率響應(yīng) 7.1 基本要求及重點(diǎn)、 難點(diǎn)7.2 習(xí)題類型分析及例題精解7.3 習(xí)題解答 第七章第七章 頻率響應(yīng)頻率響應(yīng)第七章 頻率響應(yīng) 1. 基本要求基本要求(1) 理解頻率失真、 線性失真和非線性失真的概念； 了解實(shí)際放大器的幅頻特性； 掌握上/下限頻率、 通頻帶和增益頻帶積的定義。 (2) 理解晶體管的高頻小信號(hào)模型和頻率參數(shù)； 掌握特征頻率等相關(guān)知識(shí)。(3) 掌握分析頻率響應(yīng)的快速估算法， 并能用“類比”法估算電路的上/下限頻率。 (4) 理解密勒定理； 掌握單級(jí)共射放大器高頻響應(yīng)分析方法和波特圖近似表示法。 7.1 基本要求及重點(diǎn)、基本要求及重點(diǎn)、 難點(diǎn)難點(diǎn) 第七章 頻率響應(yīng)

2、(5) 掌握共基、 共集放大器高頻特性； 了解CE-CB級(jí)聯(lián)電路展寬頻帶的原理； 掌握影響放大器頻率特性的主要因素； 理解展寬頻帶的主要方法和寬帶放大器的設(shè)計(jì)原則。 (6) 了解場(chǎng)效應(yīng)管放大器的高頻響應(yīng)分析。(7) 了解放大器低頻響應(yīng)分析方法； 掌握下限頻率分析和計(jì)算方法。(8) 掌握多級(jí)放大器下限頻率fL和上限頻率fH的分析和計(jì)算。 (9) 了解穩(wěn)態(tài)指標(biāo)上限頻率fH與暫態(tài)指標(biāo)建立時(shí)間tr的關(guān)系。 第七章 頻率響應(yīng) 2. 重點(diǎn)、重點(diǎn)、 難點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)： 頻率響應(yīng)相關(guān)知識(shí)， 晶體管高頻小信號(hào)模型和頻率參數(shù)， 三種基本放大器上限頻率的分析和計(jì)算方法， 展寬頻帶的主要方法和寬帶放大器的設(shè)計(jì)原則。 難點(diǎn)

3、： 放大器頻率響應(yīng)的分析和計(jì)算， 寬帶放大器設(shè)計(jì)。 第七章 頻率響應(yīng) 【例7-1】 已知放大器傳輸函數(shù)分別為則放大器的中頻增益AuI、 上限頻率fH、 下限頻率fL分別是多少？7.2 習(xí)題類型分析及例題精解習(xí)題類型分析及例題精解 53541124449110j1010j10100j)j ()10)(10(10)(j10100)10j (10j1010)j (ffffAsssAffffA(1)(2)(3)第七章 頻率響應(yīng) 解 本題主要考核頻率特性表達(dá)式， 只需將表達(dá)式寫(xiě)成標(biāo)準(zhǔn)形式即可。(1) 可見(jiàn)中頻增益AuI =100； 上限頻率fH1 =105 HzfH2 =104Hz， 所以總的上限頻率f

4、HfH2 =104 Hz; 下限頻率fL =100 Hz。 ffffffAffffAuLH2H1124521j1j1j110j110j110j110)j (第七章 頻率響應(yīng) (2) 由A2(s)可得 所以中頻增益AuI =100; H1 =104uimax， 所以輸出信號(hào)被限幅， 產(chǎn)生非線性失真； (2) ui頻率在高頻區(qū)， 但為單一頻率， 不會(huì)有頻率失真， 峰值uim uimax ， 不存在非線性失真。 (3) ui中有兩個(gè)頻率分量， 其中10 kHz在中頻區(qū)， 100 Hz在低頻區(qū)， 所以存在頻率失真， 信號(hào)幅度均小于uimax， 不存在非線性失真。 第七章 頻率響應(yīng) (4) 語(yǔ)音信號(hào)頻率

5、范圍為20 Hz20 kHz， 但實(shí)際中帶寬往往小于該值， 如電話信號(hào)主要頻率范圍為300 Hz3.4 kHz， 其低頻分量位于低頻區(qū)， 存在頻率失真， 經(jīng)該放大器后， 語(yǔ)音信號(hào)中低頻信號(hào)音質(zhì)變差。 (5) 視頻信號(hào)頻率范圍為0 Hz6 MHz， 遠(yuǎn)大于該放大器帶寬， 必然產(chǎn)生頻率失真， 即視頻信號(hào)經(jīng)該放大器后， 圖像變模糊。 (6) 方波信號(hào)由基波及其高次諧波組成， 本題ui中5次以上諧波位于通帶外， 必然產(chǎn)生頻率失真， 經(jīng)該放大器后， 方波邊沿變壞， 高電平期間有起伏。 第七章 頻率響應(yīng) 【例7-7】 晶體管放大器如圖7-4所示， 設(shè)和rbe已知, 當(dāng)開(kāi)關(guān)S分別接a端和b端時(shí)， 寫(xiě)出中頻電

6、壓增益AuI和負(fù)載電容CL引起的上限頻率fH。 圖7-4 例7-7電路圖第七章 頻率響應(yīng) 解 本題主要考核根據(jù)已知電路如何計(jì)算中頻增益、 上/下限頻率。 開(kāi)關(guān)S接a端， 即從C極輸出， 電路為CE組態(tài)， 忽略圖中所有電容的影響， 計(jì)算中頻增益LLCH1H1H1ELCEbeLC1I)/(21212/)1 ()/(CRRfRRRRrRRAu第七章 頻率響應(yīng) 開(kāi)關(guān)S接b端， 即從E極輸出， 電路為CC組態(tài)， 由上述可見(jiàn)， 因?yàn)閞eRC/RL， 所以fH2fH1。LebeuCrCrRRCRRfRRrRRA22)1/(21)/(211)/)(1 ()/)(1 (LELLo2LH2LEbeLE2I第七章

7、頻率響應(yīng) 【例7-8】 電路如圖 7-5所示， 分析圖中電容C1、 C2和Cf分別對(duì)電路的頻率響應(yīng)有何影響？解 本題主要考核在集成運(yùn)放電路中， 外圍電容對(duì)電路頻率響應(yīng)的影響。 R1、 C1構(gòu)成一階低通濾波器， 所以C1影響上限頻率， 減小上限頻率。 或由圖可知 因?yàn)镠11111iij11j11j1j1CRCRCuu第七章 頻率響應(yīng) 圖7-5 斧正7-8電路圖第七章 頻率響應(yīng) 因此C1影響上限頻率， 即減小上限頻率。 因?yàn)樗訡f影響上限頻率， 即減小上限頻率。 C2為耦合電容， 所以影響下限頻率， 即增大下限頻率。 或 C2、 RL構(gòu)成一階高通濾波器， 所以影響下限頻率。 也可以由知C2影響下

8、限頻率， 即增大下限頻率。 H1112f21fio1j1j11j1/uACRRRRCRuuL1LL2Lo1oj11j11j1CRRCRuu第七章 頻率響應(yīng) 7 - 1 已知某放大器的頻率特性表達(dá)式為試求該放大器的中頻增益、 上限頻率及增益頻帶積。 7.3 習(xí)題解答習(xí)題解答 6610j10200)j (A第七章 頻率響應(yīng) 解 將給出的頻率特性變換成標(biāo)準(zhǔn)形式： 當(dāng)=0時(shí)， A(0)=200即為放大器的直流增益(或低頻增益)。當(dāng)=H時(shí)， ,求得H=106 rad/s26664101200| )j (|10j120010j10200)j (AA2)0(101200)(26AAH第七章 頻率響應(yīng) 相應(yīng)的

9、上限頻率為 由增益頻帶積的定義， 可求得GBW=|A(0)fH|=31.85 MHzkHz2 .1592HHf第七章 頻率響應(yīng) 7 - 2 已知某晶體管電流放大倍數(shù)的頻率特性波特圖如圖 P7 - 2所示， 試寫(xiě)出的頻率特性表達(dá)式， 分別指出該管的、 T各為多少， 并畫(huà)出其相頻特性的漸近波特圖。解 由()的漸近波特圖可知： 0=100， =4Mrad/s。 它是一個(gè)單極點(diǎn)系統(tǒng)， 故相應(yīng)的頻率特性表達(dá)式為 因?yàn)門0, 故T=400 Mrad/s， 也可從其波特圖根據(jù)T的定義直接讀出。 相位頻率特性的漸近波特圖如圖P7-2所示。 60104j1100j1)j (第七章 頻率響應(yīng) 圖 P7 -2 第七

10、章 頻率響應(yīng) 圖 P7-2 第七章 頻率響應(yīng) 7 - 3 已知某放大器的頻率特性表達(dá)式為 (1) 試畫(huà)出該放大器的幅頻特性及相頻特性波特圖；(2) 確定其中頻增益及上限頻率的大小。解 (1) 將給定的頻率特性表達(dá)式變換成標(biāo)準(zhǔn)形式：)10j)(10j ()100j (10)j (7613A762761310j110j1)100j1 (10)10j)(10j ()100j (10)j (A第七章 頻率響應(yīng) 相應(yīng)的幅頻特性及相頻特性表達(dá)式為根據(jù)常數(shù)、 零點(diǎn)及極點(diǎn)的波特圖作法， 可畫(huà)出相應(yīng)的波特圖， 如圖P7-3所示。 (2) 根據(jù)波特圖可見(jiàn)， 中頻增益和上限頻率分別為76227262210arcta

11、n10arctan10arctan)j (10110110110| )j (|AMHz6 . 1210dB1207HIfAu第七章 頻率響應(yīng) 圖 P7-3 第七章 頻率響應(yīng) 7 - 4 一放大器的中頻增益AuI=40 dB, 上限頻率fH=2 MHz， 下限頻率fL=100 Hz, 輸出不失真的動(dòng)態(tài)范圍為Uopp=10 V, 在下列各種輸入信號(hào)情況下會(huì)產(chǎn)生什么失真?(1) ui(t)=0.1 sin(2104t) (V)；(2) ui(t)=10 sin(23106t) (mV)；(3) ui(t)=10 sin(2400t)+10 sin(2106t) (mV)；(4) ui(t)=10 s

12、in(210t)+10 sin(25104t) (mV)；(5) ui(t)=10 sin(2103t)+10 sin(2107t) (mV)。第七章 頻率響應(yīng) 解 (1) 輸入信號(hào)為單一頻率正弦波， 所以不存在頻率失真問(wèn)題。 但由于輸入信號(hào)幅度較大(為0.1 V)， 經(jīng)100倍的放大后峰峰值為0.12100=20 V， 已大大超過(guò)輸出不失真動(dòng)態(tài)范圍(Uopp=10 V)， 故輸出信號(hào)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(hào)為單一頻率正弦波， 雖然處于高頻區(qū)， 但不存在頻率失真問(wèn)題。 又因?yàn)樾盘?hào)幅度較小， 為10 mV， 經(jīng)放大后峰峰值為100210=2 V, 故不會(huì)出現(xiàn)非

13、線性失真。(3) 輸入信號(hào)兩個(gè)頻率分量分別為400 Hz及1 MHz， 均處于放大器的中頻區(qū)， 不會(huì)產(chǎn)生頻率失真。 又因?yàn)樾盘?hào)幅度較小(10 mV)， 故也不會(huì)出現(xiàn)非線性失真。第七章 頻率響應(yīng) (4) 輸入信號(hào)兩個(gè)頻率分量分別為10 Hz及50 kHz， 一個(gè)處于低頻區(qū)， 而另一個(gè)處于中頻區(qū)， 故經(jīng)放大后會(huì)出現(xiàn)低頻頻率失真。 又因?yàn)樾盘?hào)幅度小， 疊加后放大器未超過(guò)線性動(dòng)態(tài)范圍， 所以不會(huì)有非線性失真。(5) 輸入信號(hào)兩個(gè)頻率分量分別為1 kHz和10 MHz， 一個(gè)處于中頻區(qū)， 而另一個(gè)處于高頻區(qū)， 故信號(hào)經(jīng)放大后會(huì)出現(xiàn)高頻頻率失真。 同樣， 由于輸入幅度小， 不會(huì)出現(xiàn)非線性失真。第七章 頻率

14、響應(yīng) 7 - 5 分相器電路如圖 P7 -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(duì)等值反相的信號(hào)。 現(xiàn)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? (不考慮晶體管內(nèi)部電容的影響。)解 (1) 假如開(kāi)關(guān)S接a點(diǎn)， 則負(fù)載電容接至集電極， 由CL引入的上限頻率fHa為第七章 頻率響應(yīng) 圖 P7 -5第七章 頻率響應(yīng) (2) 假如開(kāi)關(guān)S接b點(diǎn)， 則負(fù)載電容接至發(fā)射極， 由CL引入的上限頻率fHb為可見(jiàn)， fHbfHa， 這是因?yàn)樯錁O輸出時(shí)的輸出電阻Rob很小， 帶負(fù)載能力強(qiáng)的緣故。LbeELoH)1/(2121CrRCRfbb第七章 頻

15、率響應(yīng) 7 - 6 有一放大器的傳輸函數(shù)為試問(wèn)：(1) 其中低頻放大倍數(shù)|AuI|為多少？(2) 放大倍數(shù)絕對(duì)值|Au(j)|及附加相移(j)的表達(dá)式如何？(3) 畫(huà)出幅頻特性波特圖；(4) 上限頻率fH是多少？3710j11000)j (uA第七章 頻率響應(yīng) 解 (1) 該放大器是一個(gè)三階重極點(diǎn)、 無(wú)零點(diǎn)系統(tǒng)， 中低頻放大倍數(shù)|AuI|=1000(60 dB)。(2) (3) 幅頻特性波特圖如圖P7-6所示。732710arctan3)j (1011000| )j (|uA第七章 頻率響應(yīng) 圖 P7-6 第七章 頻率響應(yīng) (4) 上限頻率： 放大倍數(shù)下降到中頻區(qū)的1/ 所對(duì)應(yīng)的頻率， 即故2

16、MHz812. 021051. 021051. 0101221012 .707210001011000| )j (|7HH7731H327327fAu第七章 頻率響應(yīng) 7 - 7 一放大器的混合型等效電路如圖P7 -7所示， 其中， Rs100 ， rbb=100 ,=100, 工作點(diǎn)電流ICQ=1 mA, Cbc=2 pF, fT=300 MHz, RC=RL=1 k， 試求：(1) rbe、 Cbe和 gm；(2) 密勒等效電容CM；(3) 中頻源增益AuIs；(4) 上限頻率fH1和 (jfH1)。第七章 頻率響應(yīng) 圖 P7 -7第七章 頻率響應(yīng) 解 (1) (2) (3) 24.172

17、 . 06 . 21 . 06 . 2500261pF4 .402265001)1 (mA/V46.382611pF4 .201004. 226103002121k6 . 2mV26)1 ()1 (bbebsebLmIscbLmem116eTebCeebrrRrRgACRgCrgrfCIrruMQ第七章 頻率響應(yīng) (4) 附加相移(jfH1)為fH1所對(duì)應(yīng)的相移， 所以， (jfH1)=45。MHz1 .1410)5 .404 .20(6 . 22 . 06 . 22 . 021)(/)(219bbbbsH1MebCCrrRf第七章 頻率響應(yīng) 7 - 8 放大電路如圖P7 -8(a)所示， 已

18、知晶體管參數(shù)=100, rbb=100 , rbe=2.6 k, Cbe=60 pF, Cbc=4 pF, RB=500 k, 源電阻Rs=100 , 要求的頻率特性如圖 P7 -8(b)所示， 試求：(1) RC； (提示： 首先滿足中頻增益的要求。)(2) C1；(3) fH。第七章 頻率響應(yīng) 圖 P7 -8第七章 頻率響應(yīng) 解 (1) 由圖(b)可知， 中頻源增益AuIs=40 dB， 即100倍。故RC=2.8 k (2) C1決定了下限頻率， 由圖(b)可知fL=10 Hz， 有 故 (取C1=10 F)1006 . 21 . 01 . 0100CCIsRrrRRAebbbsuF68

19、. 5108 . 2102131C第七章 頻率響應(yīng) (3) 式中代入上式， 得)(/)(21ebebbbsHMCCrrRfpF8 .43426108 . 21414)1 (3eCemebrRRgCCMMHz609. 110)8 .43460(2002112Hf第七章 頻率響應(yīng) 7 - 9 放大電路如圖P7 -9所示， 要求下限頻率fL=10 Hz。 若假設(shè)rbe=2.6 k, 且C1、 C2、 C3對(duì)下限頻率的貢獻(xiàn)是一樣的， 試分別確定C1、 2、 C3的值。圖 P7 -9第七章 頻率響應(yīng) 解 根據(jù)近似公式和題意， 有故 L12L32L22L1L3fffffHz77. 53103LL3L2L1

20、ffff第七章 頻率響應(yīng) 又有 (僅考慮C1的影響) (取C1=10 F)/(21beB2B1s1L1rRRRCfF66. 710)6 . 21 (77. 521)(213besL11rRfC)(21LC2L2RRCf第七章 頻率響應(yīng) (取C2=10 F) (取C3=1000 F)F12. 210)103(77. 521)(213LCL22RRfC)1(21besE3L3rRRCfF7663677. 521)100106 . 2101/102(77. 521)1/(21333besEL33rRRfC第七章 頻率響應(yīng) 7 - 10 在圖P7 -9 中， 若下列參數(shù)變化， 對(duì)放大器性能有何影響(指

21、工作點(diǎn)ICQ、 AuI、 Ri、 Ro、 fH、 fL等)?(1) RL變大；(2) CL變大；(3) RE變大；(4) C1變大。第七章 頻率響應(yīng) 解 (1) RL變大， 對(duì)工作點(diǎn)無(wú)影響， 即ICQ、 UCEQ不變， AuI變大(因?yàn)?， Ri不變， Ro不變， fH下降(因?yàn)槊芾针娙軨M=(1+gmRL )Cbc)， fL將變低(因?yàn)橛蒀2引入的下限頻率fL2=)。(2) CL變大， 對(duì)ICQ、 Ri、 Ro、 AuI均無(wú)影響， 但會(huì)使上限頻率fH2下降， 因?yàn)閎eLC1)/(rRRAu)(21LC2RRC)/(21LCLH2RRCf第七章 頻率響應(yīng) (3) RE變大， 將使工作點(diǎn)ICQ下降， 因?yàn)橥瑯樱?使輸入電阻Ri增大， 因?yàn)镽iRB1RB2rbe， 而rbe將增大(rbe=), AuI將下降(因?yàn)閞be增大)， Ro基本不變， fH基本不變， fL將適當(dāng)下降。(4) C1變大， IC2、 AuI、 Ri、 Ro、 fH基本不變， 而fL1將下降。ECCB2B1B2EC7 . 0RURRRIIQQQIrrCbbbemV26)1 (第七章 頻率響應(yīng) 7-11 理想集成運(yùn)放應(yīng)用電路如圖P7-11所示， 已知圖中R110 k， R210 k， Rf100 k， RL=1 k， 問(wèn)：(1) 圖(a)、 (b)、 (c)中C1 F， 分別計(jì)算各電路的中頻電壓增益AuI和下限