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第一章 放大电路的动态和频响分析题3.1.1 对于放大电路的性能指标，回答下列问题：(1) 已知某放大电路第一级的电压增益为40dB，第二级的电压增益为20dB，总的电压增益为多少dB？(2) 某放大电路在负载开路时输出电压为4V，接入3 k的负载电阻后输出电压降为3V，则该放大电路的输出电阻为多少？(3) 为了测量某CE放大电路的输出电压，是否可以用万用表的电阻档直接去测输出端对地的电阻？解：(1) 60 dB； (2) 1 k；(3) 不可以。题3.1.2 一学生用交流电压表测得某放大电路的开路输出电压为4.8V，接上24 k的负载电阻后测出的电压值为4V。已知电压表的内阻为120 k。求该放大电路的输出电阻Ro和实际的开路输出电压Voo。解：由题意列方程组： 解得：题3.1.3 在图题3.1.3所示CS放大电路中，已知静态工作点为VGSQ-0.5V，IDQ2mA，VDSQ5V，Rs3k。设电压放大倍数为-20，发生截止失真时输出电压的正向幅值为5V，发生饱和失真时输出电压的负向幅值为3V。(1) 当输入信号为vi=0.1sint(V)时，画出g、d点的电压波形vG、vD，并标出峰、谷电压的大小；(2) 当输入信号为vi=0.3sint(V)时，画出g、d点的电压波形vG、vD，并标出峰、谷电压的大小。图题3.1.3解：(1) 当vi=0.1sint(V)时，栅极的静态电压为：栅极的瞬态电压为：漏极的瞬态电压为：因此，vG、vD电压波形如图3.1.3（a）所示。（a） vi=0.1sint(V)时（b） vi=0.3sint(V)时图3.1.3(2) 当vi=0.3sint(V)时，可见，此时输出电压已经产生了截止失真和饱和失真，其电压波形如图3.1.3（b）所示。题3.1.4 一组同学做基本CE放大电路实验，出现了五种不同的接线方式，如图题3.1.4所示。若从正确合理、方便实用的角度去考虑，哪一种最为可取？图题3.1.4解：图(d)最合理。基极电阻Rb由电位器与电阻串联组成，不仅可以调节阻值，从而调节放大电路的静态工作点，而且不会使阻值为0，免得使三极管电流过大而烧毁。同时图中的耦合电容极性也正确。题3.1.5 试分析图题3.1.5所示各个电路的静态和动态测试对正弦交流信号有无放大作用，如有正常的放大作用，判断是同相放大还是反相放大。图题3.1.5解：(a) 没有放大作用。因为输入端在交流通路中接地，信号加不进去；(b) 有放大作用，属于CC组态，因此为同相放大电路；(c) 没有放大作用，因为输出端交流接地；(d) 有放大作用，属于CB组态，因此为同相放大电路。题3.1.6 有一CE放大电路如图题3.1.6（a）所示。试回答下列问题：(1) 写出该电路电压放大倍数、输入电阻Ri和输出电阻Ro 的表达式。(2) 若换用值较小的三极管，则静态工作点IBQ、VCEQ将如何变化？电压放大倍数|、输入电阻Ri和输出电阻Ro将如何变化？(3) 若将静态工作点调整到交流负载线的中央，在输入电压增大的过程中，输出端出现如图题3.1.6（b）所示的失真波形，问该失真是由于什么原因引起的？是饱和失真还是截止失真？(4) 若该电路在调试中输出电压波形顶部出现了“缩顶”失真，问电路产生的是饱和失真还是截止失真？应调整电路中哪个电阻，如何调整（增大或减小）？(5) 若该电路在室温下工作正常，但将它放入60的恒温箱中，发现输出波形失真，且幅度增大，这时电路产生了饱和失真还是截止失真？其主要原因是什么？图题3.1.6解：(1) , Ri=Rbrbe, Ro=RC(2) 若换用值较小的晶体管，则IBQ基本不变，VCEQ增大，|减小，Ri基本不变，Ro不变。(3) 由三极管的非线性特性引起的失真，不是饱和失真，也不是截止失真。(4) 截止失真，应减小Rb。(5) 饱和失真，主要原因是由于温度升高，晶体管的VBE、ICEQ,使三极管的静态工作点升高。题3.1.7 双极型晶体管组成的基本放大电路如图题3.1.7(a)、(b)、(c)所示。设各BJT的rbb200，50，VBE0.7V。(1) 计算各电路的静态工作点；(2) 画出各电路的微变等效电路，指出它们的放大组态；(3) 求电压放大倍数、输入电阻Ri和输出电阻Ro。(4) 当逐步加大输入信号时，各放大电路将首先出现哪一种失真（截止失真或饱和失真），其最大不失真输出电压幅度为多少？图题3.1.7解：图(a)电路：(1) 求静态工作点(2) CE组态，微变等效电路为：(3) 动态指标计算Ri=rbe=0.56 kRo=Rc=2 k(4) 当截止失真时，Vom1=ICQRc=7.3 V当饱和失真时，Vom2=VCEQVCES=5.65-0.75.0 V所以，首先出现饱和失真。Vom=5.0V图(b)电路：(1) 求静态工作点ICQ=IBQ=0.9 mAVCEQ=15-(Rc+Re)ICQ=9.5 V(2) CB组态，微变等效电路为： (3) 动态指标计算RoRc=5.1 k(4) 当截止失真时，Vom1=ICQRL=0.9(5.15.1)=2.3 V当饱和失真时，Vom2=VCEQ-VCES=9.5-0.7=8.8 V所以，首先出现截止失真，Vom=2.3 V图(c)电路：(1) 求静态工作点ICQ=IBQ=2 mAVCEQ=1.5-ICQRe=15-23=9 V(2) CC组态，微变等效电路为：(3) 动态指标计算(4) 当截止失真时，Vom1=ICQRL=21.5=3 V当饱和失真时，Vom2=VCEQ-VCES=9-0.7=8.3 V所以，首先出现截止失真，Vom=3 V题3.1.8 在图题3.1.8所示的放大电路中，三极管的40，rbe0.8k，VBE0.7V，各电容都足够大。试计算：(1) 电路的静态工作点；(2) 求电路的中频源电压放大倍数；(3) 求电路的最大不失真输出电压幅值。图题3.1.8解：(1) 求电路的静态工作点：(2) 微变等效电路为：(3) 考虑截止失真时，考虑饱和失真时，所以，首先出现截止失真，最大不失真输出电压为： V。题3.1.9 放大电路如图题3.1.9所示，设晶体管的rbb300，20，VBE0.7V。Dz为理想的硅稳压二极管，其稳压值VZ6V。各电容都足够大，在交流通路中均可视作短路。(1) 求电路静态工作点（ICQ和VCEQ）；(2) 画出各电路的微变等效电路；(3) 求电压放大倍数和输入电阻Ri；(4) 说明电阻R在电路中的作用；(5) 若Dz极性接反，电路能否正常放大？试计算此时的静态工作点，并定性分析Dz反接对和Ri的影响。图题3.1.9解：(1) 求静态工作点VBQ=VZ+VBE=6.7 V mAICQ=IBQ=5.5 mAVCEQ=20-5.51-6=8.5 V(2) 微变等效电路：(3) Ri=Rb1Rb2rbe=24240.395=382 (4) 电阻R对稳压管起限流作用，使稳压管工作在稳压区。(5) 若Dz极性接反，则VBQ=1.4 V，ICQ=14.3 mA，VCEQ=5 V，因此，该电路仍能正常放大，但由于ICQ变大，使增大，Ri减小。题3.1.10 FET组成的基本放大电路如图题3.1.10(a)、(b)所示。设各FET的gm2mS。(1) 画出各电路的微变等效电路，指出它们的放大组态；(2) 求电压放大倍数、输入电阻Ri和输出电阻Ro。图题3.1.10解：(1) 电路为共源（CS）组态。微变等效电路为：(2) 图(b)电路：(1) CD组态，微变等效电路为：(2) Ri= k题3.1.11 FET恒流源电路如图题3.1.11所示。若已知管子的参数gm、rds。试证明该恒流源的等效内阻图题3.1.11 图3.1.11解：在其微变等效电路中，负载开路，在输出端加，如图3.1.11所示。题3.1.12 双极型晶体管构成的恒流源电路如图题3.1.12所示，画出该电路的微变等效电路，求恒流源的输出电阻Ro的表达式。图题3.1.12 图3.1.12解：微变等效电路如图3.1.12所示。根据微变等效电路可列出:由上可得： 题3.1.13 放大电路如图题3.1.13所示，VBE0.7V，电位器Rw的中心抽头处于居中位置，1250，rbb300。(1) T1、T2管各起什么作用，它们分别是什么电路？(2) 计算静态时T1管的集电极电流IC1；(3) 求电压放大倍数、输入电阻Ri和输出电阻Ro。图题3.1.13解：(1) T1管组成射极跟随器(CC电路)；T2管组成恒流源，作为T1管放大电路的射极电阻。(2) Ic1近似为恒流源的输出电流。 mA(3) 电压放大倍数为：式中Ro2为恒流源的输出电阻，由于Ro2Rw，所以Ro2可忽略。输入电阻 Ri=R1+rbe1+(1+)RL=12+0.46+5151=2613 k输出电阻 题3.1.14 放大电路如图题3.1.14所示。(1) 指出T1、T2管各起什么作用，它们分别属于何种放大电路组态？(2) 若T1、T2管参数已知，试写出T1、T2管的静态电流ICQ、静态电压VCEQ的表达式（设各管的基极电流忽略不计，VBE0.7V）；(3) 写出该放大电路的中频电压放大倍数、输入电阻Ri和输出电阻Ro的近似表达式（设稳压管的rz0）。图题3.1.14解：(1) T1管为共源放大电路T2管为共基放大电路(2) 由 可解出IDQ。ICQIDQVDSQ=-(VZ-VBE-IDQR3)VCEQ=-VCC+VDSQ-IDQ(R2+R3)(3) 中频微变等效电路为：Ri=R1Ro=R2题3.1.15 对于高内阻的输入信号源和阻值较小的负载RL，采用如图题3.1.15(a)、(b)、(c)所示的三个放大电路进行放大。设信号源内阻为Rs100k，负载RL100。图中CE放大电路的输入电阻Ri1 k，输出电阻Ro10 k，负载开路时的电压放大倍数为-100；CC放大电路的输入电阻Ri100 k，输出电阻Ro100 ，负载开路时的电压放大倍数为1。(1) 分别计算三种放大器的源电压放大倍数，并比较它们的大小；(2) 讨论Ri 和Ro对源电压放大倍数的影响。图题3.1.15解：(1) 计算源电压放大倍数。图(a)电路：图(b)电路：图(c)电路：由上可见，图(c)电路的最大。(2) Ri和Ro的大小会影响各单级放大电路的源电压放大倍数。欲使增大，要求Ri尽可能大，Ro尽可能小。在多级放大电路中，还应注意各级之间的合理搭配。题3.1.16 在图题3.1.16所示的两级放大电路中，若已知T1管的b1、r be1和T2管的b2、r be2，且电容C1、C2、Ce在交流通路中均可忽略。(1) 分别指出T1、T2组成的放大电路的组态；(2) 画出整个放大电路简化的微变等效电路（注意标出电压、电流的参考方向）；(3) 求出该电路在中频区的电压放大倍数、输入电阻Ri和输出电阻Ro的表达式。图题3.1.16解：(1) T1管组成共射（CE）组态，T2管组成共集（CC）组态。(2) 整个放大电路的微变等效电路如图3.1.16所示。图3.1.16(3) 第一级的电压放大倍数为：Ri2是第二级放大电路的输入电阻，Ri2 = rbe2+(1+b2)(R4/RL)。第二级放大电路为射极跟随器，所以 所以，Ri= Ri1 =R1rbe1题3.1.17 两级阻容耦合放大电路如图题3.1.17所示，已知T1为N沟道耗尽型绝缘栅场效应管，gm=2mS，T2为双极型晶体管，b=50，r be=1K，忽略rce，试求：(1) 第二级电路的静态工作点ICQ2和VCEQ2；(2) 画出整个放大电路简化的微变等效电路；(3) 该电路在中频段的电压放大倍数；(4) 整个放大电路的输入电阻Ri=？，输出电阻Ro=？(5) 当加大输入信号时，该放大电路是先出现饱和失真还是先出现截止失真？其最大不失真输出电压幅度为多少？图题3.1.17解：(1) 求第二级的静态工作点：(2) 整个放大电路简化的微变等效电路：图3.1.17(3) 求电压放大倍数：其中，所以，(4) 求输入电阻Ri和输出电阻Ro：(5) 当加大输入信号时，若出现截止失真，则若出现饱和失真，则所以，电路先出现截止失真，最大不失真输出电压为。题3.1.18 在图题3.1.18所示电路中，设电容C=1F，Rb=100 k，rbe=1 k，Rc=2 k，b =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3.1.18解：(1) 求下限频率f L(2) 当信号源频率下降到f L时，电压放大倍数为中频区的0.707倍，输出电压与输入电压的相位差为-180+45=-135题3.1.19 某放大电路电压放大倍数的频率特性表达式为画出其波特图，求其下限截止频率fL和上限截止频率fH。解：波特图如下。f L=10Hz， f H=50kHz。题3.1.20 某放大电路电压放大倍数高频段的频率特性表达式为画出其波特图，求其上限截止频率fH的近似值。解：波特图为：图3.1.20上限截止频率 fH100kHz。题3.1.21 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3.1.21所示：(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3.1.21解：(1) 该反相放大电路中频区的电压放大倍数为80dB，即-104，高频转折频率分别为105Hz、107Hz、108Hz。所以其频率特性表达式为(2) 相频特性表达式为对数相频特性曲线为：题3.1.22 单管放大电路如图题3.1.22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，试用PSPICE程序仿真分析下列项目：(1) 研究放大电路各点的电压波形及输入输出电压的相位关系；(2) 电压增益的幅频特性和相频特性曲线；(3) 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；(4) 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；(5) 当Vi为50mV(幅值)的正弦输入信号时，观察输出电压波形的失真情况。图题3.1.22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3.1.22(1)所示。图3.1.22(1) 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3.1.22(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3.1.22(3)所示。中频段时输入电阻为4.2k。(4) 根据求输出阻抗的定义分析计算输出阻抗：将输入电压源短路，保留内阻，输出负载电阻RL开路，并在输出端加一电压源Vo，如图3.1.22(4)所示。此时进行AC Sweep分析后，可得输出阻抗曲线如图3.1.22(5)所示，其中中频段时输出电阻为4.95k。图3.1.22(2) 幅频与相频特性曲线图3.1.22(3) 输入阻抗特性曲线图3.1.22(4) 输出阻抗分析计算电路图3.1.22(5) 输出阻抗特性曲线(5) 当Vi为50mV(幅值)的正弦波时，重新进行瞬态(Transient)分析。输出电压的失真情况如图3.1.22(6)所示。在Probe中，对其进行傅里叶(Fourier)分析后，得输出波形的频谱图如图3.1.22(7)所示。（为了提高分析精度，应尽量延长瞬态分析时间。本例中分析时间为100个周期）。图3.1.22(6) 输出电压的失真情况图3.1.22(7) 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-03HARMONIC 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3.1.23 多级放大电路如图题3.1.23所示，试用PSPICE程序求电路的中频电压增益、输入电阻Ri、输出电阻Ro及上限频率f H。图题3.1.23解：首先输入并编辑好电路图，根据要求设置有关分析参数。其中信号源可选VSIN元件，属性设为AC1mV，VOFF0，VAMPL1mV，FREQ10K；分析方式选中AC weep.及Bias Point Detail，其中交流扫描分析（AC weep.）设置为AC Sweep Type：Decade（十倍程扫描），ts/Decade：101，tart Freq.：10，End Freq.：10Meg。执行仿真分析后，在robe程序中选择显示V(Vo)/V(Vi:+)，如图3.1.23(1)所示。显示光标（在Tools菜单Cursor子菜单中选中Display项），将光标移至中频区，可得到该放大电路中频区的电压放大倍数为5.6。将光标移至电压放大倍数为3.96处（即中频区电压放大倍数的0.707倍），可得到对应的频率为6.78MHz，所以该电路的上限频率fH为6.78MHz。图3.1.23(1) 电压放大倍数频率特性在robe程序中选择显示V(Vi:+)/I(Vi)，得到该电路的输入阻抗特性曲线，如图3.1.23(2)所示。可知中频区的输入电阻为11.0k。图3.1.23(2) 输入阻抗特性曲线为求输出电阻，先在Schematics（电路图编辑程序）中将输入电压源短路，输出负载电阻RL开路，并在输出端加一电压源Vo，其余保持不变，然后执行仿真分析。在robe程序中选择显示V(Vo)/I(Vo)，得到该电路的输出阻抗特性曲线，如图3.1.23(3)所示。可知中频区的输出电阻为2.9978 k。图3.1.23(3) 输出阻抗特性曲线题3.1.24 试用PSPICE程序求图题3.1.24所示电路的中频电压增益、输入电阻Ri、输出电阻Ro及上限频率fH。图题3.1.24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3.1.24所示。图3.1.24 源电压增益对数幅频特性曲线23
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