282 第二篇第二篇 第第 5 5 章习题章习题 题题2.5.1 在图题2.5.1所示电路中， 设电容C=1F， Rb=100 k， rbe=1 k， Rc=2 k， =100，Rs=0。 (1) 求电路的下限频率 f L ； (2) 当信号源频率下降到下限频率 f L时，电压放大倍数为多少？输出电压与信号源电压的相位差为多少？ 图题图题 2.5.1 解：(1) 下限频率是由放大电路中的耦合电容和射极旁路电容引起的，该电路中只有输入 回路的耦合电容器，所以只要 求该电容器两端的等效电阻后，就能求得下限频率 f L。 Hz 159101021 )/(21 2163CRrRCRfSbebiL(2) 当信号源频率下降到下限频率 f L时，电压放大倍数为中频区的 0.707 倍（即-3dB)， 20012100bec vmrRA140707. 0vmvLAA在低频段，输出电压是超前输入信号频率的，而在下限频率点上，正也超前+45O。所以，输出电压与输入电压的相位差为-180+45=-135 题题 2.5.2 某放大电路电压放大倍数的频率特性表达式为 kHz 50/1Hz 10/1)Hz 10/(100 jfjfjfAv画出其波特图，求其下限截止频率 fL和上限截止频率 fH。 283 解：这是一个全频段的频率特性复数表达式，从该式就能确定上、下限频率。也可以画出幅频特性和相频特性后求出上、下限频率。其波特图如下。所以有，f L=10Hz， f H=50kHz。 题题 2.5.3 某放大电路电压放大倍数高频段的频率特性表达式为 MHz 1/1kHz 100/1100 jfjfAv画出其波特图，求其上限截止频率 fH的近似值。 解：因为该复数表达式有两个转折频率点，所以采用近似的渐近线画出的波特图为： 根据上、下限频率定义，有上限截止频率 fH100kHz。 题题 2.5.4 已知某反相放大电路电压放大倍数的对数幅频特性曲线如图题 2.5.4 所示： 284 (1) 写出该放大电路电压放大倍数的频率特性表达式； (2) 写出该放大电路电压放大倍数的相频特性表达式，画出对数相频特性曲线。 图题图题 2.5.4 解：(1)从波特图可知，该表达式可知，电路是一个直接耦合放大器，其放大电路中频段的 电压放大倍数为 80dB（即-104） ，高频转折频率分别为 100K Hz（105Hz） 、107Hz、108Hz。 三个，所以其频率特性表达式为 )Hz10/1)(Hz10/1)(Hz10/1 (108754jfjfjfAv(2) 相频特性表达式为 )10/()10/()10/(180875farctgfarctgfarctg对数相频特性曲线为： 285 题题2.5.5 某运放的开环增益为106，其最低的转折频率为5Hz。 若将该运放组成一个同相放大电路，并使它的增益为100，问此时的带宽和增益-带宽积各为多少? 解：该题采用增益带宽乘积是一个常数的基本概念求解，根据已知条件. A=106 fH=5Hz fA. =100，因此有： fA. fHf =. Af fHf =(1065/100)=5104 (Hz)=50 (kHz) . ABW=10050kHz 题题2.5.6 某个集成运放的开环频率特性表达式为 )1)(1)(1 (321. .pppodm odffjffjffjAA 式中，fp1=10kHz，fp2=1MHz，fp3=5MHz，odmA=104。 (1) 试画出它的波特图(对数幅频和相频特性)； (2) 若用它构成负反馈放大器，试问中频闭环增益减小到多少分贝时，电路将产生临界自激振荡? (3) 若要求留有45的相位裕度时，最小中频闭环增益应取多少? 解：(1) 波特图如图 2.5.6（1） 。 图 2.5.6（1） (2) 根据负反馈放大器自激的两个条件（相位条件和幅度条件）得，从相频特性的286 =-180处作一条垂直线与幅频特性相交于 N 点，由 N 点得到：闭环增益减小到大约26dB 时，正好满足自激振荡的两个条件，电路将产生临界自激振荡。 (3) 因为要有 45的相位裕度，所以从相频特性的=-145处作垂直线与幅频特性相交于 M 点，由 M 点得到，最小中频闭环增益约为 43dB。 题2.5.7 某三极点放大电路的中频开环增益Avm=4104，fp1=2kHz，fp2=200kHz，fp3=5MHz，试画出它的波特图。 (1) 若要求vfA. =400时，用作图法估算相位裕度m； (2) 若要求vfA. =100时，重新估算m。 解：波特图见图 2.5.7。 图 2.5.7 (1) 400|. vfA,即 20lg|.vfA=52dB，由幅频特性上 52dB 处作垂直线与相频特性交于 N 点，由 N 点求出=-135，所以m=180-135=45。 (2), |.vfA=100,即 20lg|.vfA=40dB，由幅频特性上 40dB 处作垂直线与相频特性交于M 点，由 M 点求出=-145，所以m=180-145=35。 题题2.5.8 图题2.5.8为某负反馈放大电路在F=0.1时的环路增益波特图。 (1) 写出开环放大倍数A的表达式； 287 (2) 说明该负反馈放大电路是否会产生自激振荡； (3) 若产生自激，则求出F应下降到多少才能使电路到达临界稳定状态；若不产生自激，则说明有多大的相位裕度。 图题图题 2.5.8 解：(1) )101)(101)(101 (105425.fjfjfjA (2) 幅频特性上 20lg|FA=0 处作垂直线与相频特性交于-225，所以会自激。 (3) 相频特性上-180处作垂直线与幅频特性交于 20dB。临界自激时应与幅频特 性交于 0dB 处，所以若幅频特性再往下移 20dB 即可，原来. F=0.1,所以. F=0.01 时临界自激。 288 图 2.5.8（1） 题题 2.5.9(上机题上机题) 单管放大电路如图题 2.5.9 所示，Vi为 5mV(幅值)的正弦交流电压，设三极管 Q2N3904 的模型参数为=132，试仿真分析： (1) 电压增益的幅频特性和相频特性曲线； (2) 当频率从 10 Hz 变化到 100 MHz 时，绘制输入阻抗的幅频特性曲线； (3) 当频率从 10 Hz 变化到 100 MHz 时，绘制输出阻抗的幅频特性曲线； 图题图题 2.5.9 解：解：首先输入并编辑好电路图，根据要求设置有关分析参数。 (1) 通过瞬态(Transient)分析可以查看放大电路各点的波形，其中输入电压和输出电压 的波形如图 2.5.9(1)所示。 289 图图 2.5.9(1) 输入电压和输出电压的波形输入电压和输出电压的波形 (2) 通过交流(AC Sweep)分析可以查看放大电路的频率特性。 电压增益的幅频特性和相 频特性如图 2.5.9(2)所示。下限频率 fL为 33Hz，上限频率 fH为 30MHz；中频段的电压放大 倍数为 47.3。 (3) 输入阻抗的幅频特性如图 2.5.9(3)所示。中频段时输入电阻为 4.2k。 图图 2.5.9(2) 幅频与相频特性曲线幅频与相频特性曲线 290 图图 2.5.9(3) 输入阻抗特性曲线输入阻抗特性曲线 图图 2.5.9(4) 输出阻抗分析计算电路输出阻抗分析计算电路 图图 2.5.9(5) 输出阻抗特性曲线输出阻抗特性曲线 291 图图 2.5.9(6) 输出电压的失真情况输出电压的失真情况 图图 2.5.9 (7) 输出波形的频谱图输出波形的频谱图 在瞬态分析中设置傅里叶分析，在输出文件中可以得到如下结果，其中总谐波系数为 32.5%。 FOURIER COMPONENTS OF TRANSIENT RESPONSE V(out) DC COMPONENT = 5.327622E-03 HARMONIC FREQUENCY FOURIER NORMALIZED PHASE NORMALIZED NO (HZ) COMPONENT COMPONENT (DEG) PHASE(DEG) 1 1.000E+03 1.527E+00 1.000E+00 -1.784E+02 0.000E+00 2 2.000E+03 4.886E-01 3.200E-01 9.349E+01 2.719E+02 3 3.000E+03 8.891E-02 5.823E-02 6.692E+00 1.851E+02 4 4.000E+03 6.009E-03 3.935E-03 -7.250E+01 1.059E+02 5 5.000E+03 1.410E-03 9.236E-04 2.309E+00 1.807E+02 6 6.000E+03 3.737E-04 2.448E-04 -7.587E+01 1.026E+02 7 7.000E+03 4.282E-05 2.804E-05 1.185E+02 2.970E+02 8 8.000E+03 4.929E-05 3.228E-05 7.701E+01 2.554E+02 9 9.000E+03 5.352E-05 3.505E-05 8.220E+01 2.606E+02 10 1.000E+04 5.445E-05 3.566E-05 7.936E+01 2.578E+02 TOTAL HARMONIC DISTORTION = 3.252327E+01 PERCENT 题题 2.5.10(上机题上机题) 试仿真分析图题 2.5.10 所示电路的中频电压增益vA和上限频率 fH。 292 图题图题 2.5.10 图解图解 2.5.10 源电压增益对数幅频特性曲线源电压增益对数幅频特性曲线 解：输入并编辑好电路图，设置交流扫描分析（AC weep.） ，可得：中频源电压增益 Av 为 9.2，输入电阻 Ri为 5M，输出电阻 Ro为 19.98k，上限频率 fH为 5.4MHz。 其中，源电压增益的对数幅频特性曲线如图 2.5.10 （1）所示。 图图 2.5.10 （1） 源电压增益对数幅频特性曲线源电压增益对数幅频特性曲线