《模拟电子技术基础》第三版习题解答第5章放大电路的频率响应题解
大学课程模拟电子技术基础第5章课件
1 ( f )2 fL
90o tan1 f
fL
90o tan1 f
fL
1. 当 f fL 时, 20 lg A&u 0 dB, 0o
2. 当 f fL 时,
3. 当 f fL 时,
20lg A&u 20lg 2 3 dB, 45o
20 lg
A&u
20 lg
f fL
20dB／十倍频
高 路通
电
幅频图
fL
相频图
低
通 电
fH
路
极间 电容
低通电路
fH : 上限截止频率
A&u
1
1 j
f
fH
5.1.3 波特图
幅频特性——Ｘ：lg f ， Ｙ： 20 lg A&u
相频特性——Ｘ：lg f ， Ｙ：
f
高通电路：
A&u
fL 1 ( f )2
fL
20 lg
A&u
20 lg
f fL
20 lg
( f )
相频特性: 放大电路放大倍数的相位随频率变 化的关系
5.1.2 RC电路的频率响应
耦合 电容
高 通 电 路
: 时间常数
A&u
U&o U&i
R
R
1
1 1 1
jC
j RC
令
L
1 RC
1
则
fL
L 2
1
2
1
2 RC
jf
A&u
1
1
L
1 1 fL
1
fL jf
j
jf
模拟电子技术基础(国防科技大学出版)社第五章习题答案
习题一、填空题1.一放大电路输入电压为1mV，输出电压为1V。
加入反馈后，为达到同样输出时需要的输入电压为10mV，该电路的反馈深度为，反馈系数为。
2.电压串联负反馈稳定的放大倍数；电流串联负反馈稳定放大倍数；电压并联负反馈稳定放大倍数；电流串联负反馈倍数放大倍数。
3.串联负反馈只有在信号源内阻时，其反馈效果才显著；并联负反馈只有在信号源内阻时，其反馈效果才显著。
4.已知负反馈放大电路的闭环增益为40dB,基本放大电路的开环增益变化10%，闭环增益相应变化1%，则电路的开环增益为dB。
5.为了稳定输出电流，应引入反馈；为了稳定输出电压，应引入反馈；为了降低输出电压，应引入反馈；为了稳定静态工作点，应引入反馈；为了提高输入电阻，应引入反馈；为了降低输出电阻，应引入反馈。
6.直流负反馈的作用是，交流负反馈的作用是，交流电压负反馈的作用，交流电流负反馈的作用是。
7.某传感器产生的电压信号，经过放大器后希望输出电压与电流信号成正比，这个放大电路应选用反馈。
8.在反馈深度比较深的情况下，多级负反馈放大电路可能产生，为了消除这种影响，可在负反馈放大电路中接入电路。
二、选择题1.负反馈所能抑制的干扰和噪声是（）。
A.输入信号所包含的干扰和噪声B.反馈环内的干扰和噪声C.反馈环外的干扰和噪声D.输出信号中的干扰和噪声2.多级负反馈放大电路容易产生自激振荡的原因是（）。
A.各级电路的参数很分散B.环路增益大C.闭环增益大D.放大器的级数多3.一个单管共射放大电路如果通过电阻引入负反馈，则（）。
A.一定会产生高频自激B.可能产生高频自激C.一般不会产生高频自激D.一定不会产生高频自激4.为了实现下列目的，分别引入以下两种反馈的一种A.直流负反馈B.交流负反馈（1）为了稳定静态工作点，应引入（）；（2）为了稳定放大倍数，应引入（）；（3）为了改变输入电阻和输出电阻，应引入（）；（4）为了展宽频带，应引入（）。
5.交流负反馈有以下几种情况：A.电压B.电流C.串联D.并联（1）为了稳定放大电路的输出电压，应引入（）负反馈。
模拟电子技术教程第5章习题答案
）反馈有时将输出的全部都馈送到输入端，其典型的例子是 射极跟随器射极跟随器 放大器和器和 源极跟随器源极跟随器 放大器。
放大器。
的信号耦合方式的信号耦合方式 和输出端和输出端 的信号取样方式的信号取样方式 负反馈共有负反馈共有 4 种组合形式。
种组合形式。
应引入应引入 电压串联负电压串联负 反应引入 电流并联负电流并联负 反馈；应引入应引入 电压并联负电压并联负 反馈；入为电压信号并且输出为电流信号时，应引入入为电压信号并且输出为电流信号时，应引入 电流串联负电流串联负 反馈。
反馈。
）为了稳定电路的静态工作点，应引入 直流负直流负 反馈；为了改善电路的动态特性，应引入的动态特性，应引入 交流负交流负 反馈。
反馈。
） 方框图方框图 法是分析负反馈放大器的最基本的方法，网路的 空载空载 效应是非常重要的。
效应是非常重要的。
）设计电压电流转换电路可直接选用）设计电压电流转换电路可直接选用 电流串联负电流串联负 反馈电路；设计电流电压转换电路可直接选用流电压转换电路可直接选用 电压并联负电压并联负 反馈电路。
反馈电路。
自激自激 的现象，这是因的现象，这是因 晶体管结电容形成的移相晶体管结电容形成的移相 造成的。
造成的。
共基放大器比共射放大器共基放大器比共射放大器 频率响应频率响应 好，这是因为这是因为 在共基接法下，集基电容不产生加倍的米勒效应集基电容不产生加倍的米勒效应 。
）分析放大器时，按）分析放大器时，按 低频低频 段、段、 中频中频 段及段及 高频高频 段分开 信号频率信号频率 较高时，此时可采用 滞后补偿法后补偿法 、 超前补偿法超前补偿法 等方法进行补偿。
等方法进行补偿。
可能有量纲，例如可能有量纲，例如 欧姆欧姆 或 西门子西门子 ，但 环路增益环路增益 是没有量纲的。
是没有量纲的。
和闭环增益表达式。
和闭环增益表达式。
解：（1）图(a)R 4和R 5共同引入了直流电流串联负反馈，共同引入了直流电流串联负反馈， R 5引入交直流电流串联负反1R 2R cc+V 3R T ou 2C 1C i u R 4R 5R L 3C +_+_A R R ou C LR C 1R _+iu 2312（a ） （b ）1R cc+V R 4R 2R 35R 6R 7R R 8ou +_1T 1C 2C 3C 4C 5C su sR +_T 22R cc+V 3R i u 5C 5R 7R ou 1C 1T 3C 2T +_+_1R 2C 6R 8R 4R 4C R L（c ） （d ）R 1R 21T 2T R 3R 4R 5AR L D DV R 6iu +_ou +_SSV -A R R 3R 1121T 4R 5R D 2D 12T ou +_R L cc+V E EV -iu +_（e ）（f ）1C 1R c c+V 4R Ti u ou 3C su s R 2R 3R 2C +_+_+_1A 2A 1R 2R 3R 4R iu ou(g) （h ）图5-58 习题2电路图电路图馈。
第五章 放大电路的频率响应
1 fH 2 RC
1 fL 2 RC
当信号频率等于上（下）限频率时，放大电路的 增益下降3dB，且产生±45°相移
近似分析时，可用折线化的波特图表示电路的频 率特性
一个电容对应的渐进线斜率为20dB/十倍频
简单 RC 电路的频率特性
Ui
•
R C
Uo
•
Ui
•
C R
Uo
•
RC 低通电路
RC 高通电路
Au
• |Au |
1 0.707
1 f 1 j fH
1 0.707
Au
1 fL 1 j f
|Au |
fL
f
•
O
fH f
f
O
O –45° –90°
90° 45° O
f
研究频率响应的方法 (1) 三个频段的划分 1) 中频区(段) 特点:Aus与f无关
与f无关
5.4 单管放大电路的频率响应
本节以单管共射电路为例，介绍频率响应的一般 分析方法。
5.4.1 单管共射放大电路的频率响应
1、画出全频段的微变等效电路
+VCC RB C1 + . Ui VT RL . Uo RC C2 + + . Ui _ RB rb′e
C1
rbb′ . gmUb'e Cπ′
C2 + RC . RL U o _
R
fL
L 1 1 下限截止频率 2 2 2 RC
Au பைடு நூலகம்
1
L 1 j
1 fL 1 jf
f j fL f 1 j fL
1、RC高通电路的频率响应
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时间常数，从而降低下限频率。然而这种改善是很有限的，因此在信号频率很低的使用场合， 应考虑采用直接耦合方式。
（2）“带宽增益积”为中频放大倍数与通频带的乘积，即
晶体管选定后，增益带宽积近似常量。当 fH fL 时， fbw f H ，由此可知，fH r 的提高与|Ausm|的增大是相互矛盾的。改善高频特性的根本办法是选择 bb 和 Cob 均小的管
5.1 在图 5.1 所示电路中，已知晶体管的 rbb’、Cμ、Cπ，Ri≈rbe。 填空：除要求填写表达式的之外，其余各空填入①增大、②基本不变、③减小。 (1)在空载情况下，下限频率的表达式 fL= 。当 Rb 减小时，fL 将 ；当带上负载 电阻后，fL 将 。 (2)在空载情况下，若 b-e 间等效电容为 C’π，则上限频率的表达式 fH= ；当 Rs 为零 时，fH 将 ；当 Rb 减小时，gm 将 ，C’π将 ，fH 将 。
子，同时尽量减小 C 所在回路的总等效电阻。 （3）场效应管的增益带宽积为
场效应选定后，增益带宽积近似常量。因此，改善高频特性的根本办法是选择 Cgb 小
的管子并减小 rg 的阻值。
四、多级放大电路的频率响应 1．多级放大电路频率特性的定性分析 设N级放大电路各级的电压放大倍数分别为Aul，Au2，…，AuN，则电路电压放大倍数：
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2．低通电路
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低通电路及其频率响应如图 5.2 所示。
图 5.2 低通电路及其频率响应
设输出电压Uo 与输入电压Ui
之比为
Au
，下限截止频率
第05章放大电路的频率响应g
第五章放大电路的频率响应
从无源RC高通、低通电路进行分析 + 一、 高通电路
U R Au O 1 Ui R jC 1 1 1 jRC
U i
C
+
R
U O
_ 图 5.1.1（a)
_ RC 高通电路
f fL
模： A 1 L ( RC ) 令： f 1 RC f L 1 1 fL f 2 2 L 2RC f 相角： 90 arctan ( ) j
90º
5.71º
图 5.1.3(b)
低通电路的波特图
第五章放大电路的频率响应
小结
（1）电路的截止频率决定于电容所在回路 的时间常数τ ，即决定了fL和fH。 （2）当信号频率等于fL或fH放大电路的增 益下降3dB，且产生+450或-450相移。 （3）近似分析中，可以用折线化的近似 波特图表示放大电路的频率特性。
1 j f / f
0
可得
1
1 j f / f
0
f 1 j f 0 1 0 f 1 j (1 0 ) f
0
0
f 1 j f
0 0 1 0 f (1 0 ) f
第五章放大电路的频率响应
U be
图5.2.2 简化的混合 模型
(b)混合 模型
第五章放大电路的频率响应
Cμ 跨接在输入与输出回路之间，电路分析变得相当复杂。 常将Cμ 等效在输入回路和输出回路，称为单向化。单向化 靠等效变换实现。 因为Cπ ＞＞C”μ ，且一般情况下。C”μ 的容抗远大于集电 极总负载电阻 R’Ｌ ， C”μ 中的电流可忽略不计，得简化模 型图（C）。
模拟电子技术(5.4)--第五章放大电路的频率特性-1
产生的容抗不可忽略 , 使输出电压下降， 所以 Au 下降
0.707Aum
0 φ
90º 135º 180º 225º 270º
Aum fL
f fH
f
模 拟电子技术
3). 高频区 ( 段 )
特点 :Au 与 f 有关 (f 增大 Au 下降 , 与 f
原有因关: )由晶体管的极
|Au|
与 f 无关
φ 90º
135º
原因 : 不考虑电路中 180º
电容的影响
225º
270º
Aum fL
f fH
f
模 拟电子技术
2). 低频区 ( 段 )
特点 :Au 与 f 有关 (f 下降 Au 也下降 , 与频率有关 )
|Au|
原因 : 由于 C1 和 C2 的 存在 在频率比较低时，耦
模 拟电子技术
5.1.1 放大电路频率响应的基本概 念
一 . 频率响
应A u Au ( f ) ( f )
Au( f ) — 幅频特 性( f ) — 相频特 性
模
1) . 中 频 区 ( 段 ) 0.707Aum
特点 :Au 与 f 无关 0
一、 RC 低通电路的频率特
性1. 频率特性的描述
U•i R C U•o
A•u UU•• oi
1/ j C R 1 / j C
1 1 j RC
1 1 j / H
1 1 j f / fH
令 1/RC = H
则 C
fH = 1/2R
模 拟电子技术
|A• u |
f
3dB
20
20dB/ 十倍
模拟电子技术基础 第五章 频率响应PPT课件
第5章 频率响应
UCRUCRUCRsississisCrCrRbCrRbbRbebsebseesee((rr(RCrrbRbCrrbRbCbbSbeMbSeMbSeMrrrrbbrrbCbbeCbbCebebb)Ub)Ub)Ueeesss((1(1R1RRssrgsrbgrbgbmemermeRrbrRbRebeLeLUL)U)UC)CsCsbsbbeee
U1 －
Z1
Z
N
A(jω) ＝
U2 U1
(a)
I2 ＋
U2 －
Z2
图5–7 (a)原电路；
(b)等效后的电路
I1 ＋
U1 －
N
Z1
A(jω) ＝
U2 U1
第5章 频率响应
I2 ＋
Z2
U2
－
(b)
图5–7 (a)原电路；
(b)等效后的电路
第5章 频率响应
Z1Z1ZU11IU1I1 11UUII1111 UU 1U1UUZZ1U11ZU1UUZ1U12U2221111ZUUZ2ZZUU2UU12U2U2121212 111Z1ZAZAuZAu Au u
(5–1) (5–2a) (5–2b)
第5章 频率响应
图5–2给出了不产生线性失真的振幅频率响应和相 位频率响应，称之为理想频率响应。
|Au(jω)|
(jω)
K
0
0
ω
ω
∞ω
(a)
(b)
图5–2 (a)理想振幅频率响应；(b)理想相位频率响应
第5章 频率响应
5–1–2实际的频率特性及通频带定义 实际的振幅频率特性一般如图5–3所示。在低频和
三、高频增益表达式及上限频率
第5章 频率响应
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第五章 放大电路的频率响应自 测 题一、选择正确答案填入空。
（1）测试放大电路输出电压幅值与相位的变化，可以得到它的频率响应，条件是 。
A.输入电压幅值不变，改变频率B.输入电压频率不变，改变幅值C.输入电压的幅值与频率同时变化（2）放大电路在高频信号作用时放大倍数数值下降的原因是，而低频信号作用时放大倍数数值下降的原因是 。
A.耦合电容和旁路电容的存在B.半导体管极间电容和分布电容的存在。
C.半导体管的非线性特性D.放大电路的静态工作点不合适（3）当信号频率等于放大电路的f L 或f H 时，放大倍数的值约下降到中频时的。
A.0.5倍B.0.7倍C.0.9倍 即增益下降。
A.3dBB.4dBC.5dB（4）对于单管共射放大电路，当f ＝ f L 时，o U 与iU 相位关系是。
A.＋45˚B.－90˚ C.－135˚当f ＝ f H 时，o U 与iU 的相位关系是。
A.－45˚ B.－135˚ C.－225˚ 解：（1）A （2）B ，A （3）B A （4）C C二、电路如图T5.2所示。
已知：V C C ＝12V ；晶体管的C μ＝4pF ，f T =50MHz ，'bb r ＝100Ω, β0＝80。
试求解：（1）中频电压放大倍数smu A ； （2）'πC ；（3）f H 和f L ； （4）画出波特图。
图T5.2解：（1）静态与动态的分析估算：∥178)(mA/V2.69k 27.1k 27.1k 17.1mV26)1(V 3mA 8.1)1(Aμ 6.22c m bee b'i s ismTEQ m b be i e b'bb'be EQe b'c CQ CC CEQ BQ EQ bBEQCC BQ -≈-⋅+=≈=Ω≈=Ω≈+=Ω≈+=≈-=≈+=≈-=R g r r R R R A U I g R r R r r r I r R I V U I I R U V I u ββ（2）估算'πC ：pF1602)1(pF214π2)(π2μc m 'μTe b'0μπe b'0T ≈++=≈-≈+≈C R g C C C f r C C C r f πππββ（3）求解上限、下限截止频率：Hz14)π(21kHz 175π21567)()(i s L 'πH s b b'e b'b s b b'e b'≈+=≈=Ω≈+≈+=CR R f RC f R r r R R r r R ∥∥∥（4）在中频段的增益为dB 45lg 20sm ≈u A频率特性曲线如解图T5.2所示。
解图T5.2三、 已知某放大电路的波特图如图T5.3所示，填空：（1）电路的中频电压增益20lg|m u A |＝ dB ，mu A ＝。
（2）电路的下限频率f L ≈Hz ，上限频率f H ≈kHz.（3）电路的电压放大倍数的表达式uA ＝ 。
图T5.3解：（1）60 104 （2）10 10 （3）)10j 1)(10j 1)(10j 1(j 100)10j 1)(10j 1)(j 101(1054543f f f ff f f +++±+++±或说明：该放大电路的中频放大倍数可能为“＋”，也可能为“－”。
习 题5.1 在图P5.1所示电路中，已知晶体管的'bb r 、C μ、C π，R i ≈r b e 。
填空：除要求填写表达式的之外，其余各空填入①增大、②基本不变、③减小。
图P 5.1（1）在空载情况下，下限频率的表达式f L ＝ 。
当R s 减小时，f L 将；当带上负载电阻后，f L 将 。
（2）在空载情况下，若b-e 间等效电容为'πC ， 则上限频率的表达式f H ＝；当R s 为零时，f H 将 ；当R b 减小时，g m 将 ，'πC 将，f H 将。
解:（1）1be b s )(π21C r R R ∥+ 。
①；①。
（2）'s b bb'e b')]([21ππC R R r r ∥∥+ ；①；①，①，③。
5.2已知某电路的波特图如图P5.2所示，试写出uA 的表达式。
图P 5.2解: 设电路为基本共射放大电路或基本共源放大电路。
)10j 1)(10j 1( 3.2j )10j 1)(j 101(3255f f fA ff A uu++-≈++-≈ 或5.3已知某共射放大电路的波特图如图P5.3所示，试写出uA 的表达式。
图P 5.3解：观察波特图可知，中频电压增益为40dB ，即中频放大倍数为－100；下限截止频率为1Hz 和10Hz ，上限截止频率为250kHz 。
故电路uA 的表达式为)105.2j 1)(10j 1)(j 1(10 )105.2j 1)(j 101)(j 11(100525⨯++++=⨯+++-=ff f fA f f f A uu或5.4已知某电路的幅频特性如图P5.4所示，试问： （1）该电路的耦合方式；（2）该电路由几级放大电路组成； （3）当f ＝104Hz 时，附加相移为多少？当f ＝105时，附加相移又约为多少？解:（1）因为下限截止频率为0，所以电路为直接耦合电路；（2）因为在高频段幅频特性为 图P 5.4 －60dB/十倍频，所以电路为三级放大电路；（3）当f ＝104Hz 时，φ'＝－135o ；当f ＝105Hz 时，φ'≈－270o 。
5.5若某电路的幅频特性如图P5.4所示，试写出uA 的表达式，并近似估算该电路的上限频率f H 。
解：uA 的表达式和上限频率分别为 kHz 2.531.1 )10j 1(10'H H 343≈≈+±=f f f A u5.6已知某电路电压放大倍数)10j 1)(10j 1(j 105f f fA u++-=试求解：（1）mu A ＝？f L ＝？f H ＝? （2）画出波特图。
解：（1）变换电压放大倍数的表达式，求出mu A 、f L 、f H 。
Hz10Hz 10100)10j 1)(10j1(10j 1005H L m5==-=++⋅-=f f A f f f A u u （2）波特图如解图P5.6所示。
解图P 5.65.7已知两级共射放大电路的电压放大倍数105.2j 110j 15j 1j 20054⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯+⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛+⋅=f f f fA u（1）mu A ＝？f L ＝？f H ＝? （2）画出波特图。
解：（1）变换电压放大倍数的表达式，求出mu A 、f L 、f H 。
Hz10 Hz 510)105.2j 1)(10j 1)(5j 1(5j104H L 3m543≈==⨯+++⋅=f f A f f f f A u u （2）波特图如解图P5.7所示。
解图P 5.75.8 电路如图P5.8所示。
已知：晶体管的β、'bb r 、C μ均相等，所有电容的容量均相等，静态时所有电路中晶体管的发射极电流I E Q 均相等。
定性分析各电路，将结论填入空。
图P 5.8（1）低频特性最差即下限频率最高的电路是; （2）低频特性最好即下限频率最低的电路是; （3）高频特性最差即上限频率最低的电路是; 解：（1）（a ） （2）（c ） （3）（c ）5.9 在图P5.8（a ）所示电路中，若β＝100，r b e ＝1k Ω，C 1＝C 2＝C e ＝100μF ，则下限频率f L ≈?解：由于所有电容容量一样，而C e 所在回路等效电阻最小，所以下限频率决定于C e 所在回路的时间常数。
Hz80π 212011eL sbe b s be e ≈≈Ω≈++≈++=RC f R r R R r R R ββ∥∥5.10 在图P5.8（b ）所示电路中,若要求C 1与C 2所在回路的时间常数相等,且已知r b e =1k Ω，则C 1:C 2＝? 若C 1与C 2所在回路的时间常数均为25ms ，则C 1、C 2各为多少？下限频率f L ≈?解：（1）求解C 1:C 2因为 C 1（R s ＋R i ）＝C 2（R c ＋R L ）将电阻值代入上式，求出C 1 : C 2＝5 : 1。
（2）求解C 1、C 2的容量和下限频率Hz 1021.1Hz 4.6π21F μ 5.2μF 5.12L1L L2L1L c 2i s 1≈≈≈==≈+=≈+=f f f f R R C R R C τττ5.11 在图P5.8（a ）所示电路中，若C e 突然开路，则中频电压放大倍数smu A 、f H 和f L 各产生什么变化（是增大、减小、还是基本不变）？为什么？解：sm u A 将减小，因为在同样幅值的i U 作用下，b I 将减小，c I 随之减小，oU 必然减小。
f L 减小，因为少了一个影响低频特性的电容。
f H 增大。
因为'πC 会因电压放大倍数数值的减小而大大减小，所以虽然'πC 所在回落的等效电阻有所增大，但时间常数仍会减小很多，故f H 增大。
5.12在图P5.8（a ）所示电路中，若C 1＞C e ，C 2＞C e ，β＝100，r b e ＝1k Ω，欲使f L ＝60Hz ，则C e 应选多少微法？解：下限频率决定于C e 所在回路的时间常数，eL π21RC f ≈。
R 为C e 所在回路的等效电阻。
R 和C e 的值分别为：Ω≈++≈++=2011s be b s be e ββR r R R r R R ∥∥ 133π21Le ≈≈Rf C μF 5.13在图P5.8（d ）所示电路中，已知晶体管的'bb r ＝100Ω，r b e ＝1k Ω，静态电流I E Q ＝2mA ，'πC ＝800pF ；R s ＝2k Ω，R b ＝500 k Ω，R C ＝3.3 k Ω，C =10μF 。
试分别求出电路的f H 、f L ，并画出波特图。
解：（1）求解f LHz 3.5)(π21)(π21be s i s L ≈+≈+=r R R R f（2）求解f H 和中频电压放大倍数dB6.37lg 2076)()(V /mA 77kHz 316)]([π21)]([π21k 9.0sm 'L m bes e b''L m be e b'i s i sm T EQm 'πs b b'e b''πs b b b'e b'H b b'be e b'≈-≈-⋅+≈-⋅⋅+=≈≈≈+≈+=Ω=-=u u A R g r R r R g r r R R R A U I g C R r r C R R r r f r r r ∥∥∥其波特图参考解图P5.6。