失真放大電路研究

1、國家電工電子實驗教學(xué)中心模擬電子技術(shù)實 驗 報 告實驗題目：放大電路失真研究學(xué) 院：電子信息工程專 業(yè)：電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)生姓名：學(xué) 號：任課教師：陸鵬飛 2013 年 6 月 7 日目 錄1 實驗?zāi)康呐c知識背景11.1實驗?zāi)康?1.2知識點12 實驗要求12.1基本要求12.2擴展要求33 失真原理及改進方法33.1飽和失真與截止失真33.2雙向失真43.3交越失真43.4非對稱失真54 仿真過程54.1對截止失真，飽和失真，雙向失真以及標準放大的電路設(shè)計54.2對交越失真及其改進方法的電路設(shè)計84.3不對稱失真及其改進方法的電路設(shè)計95 討論106 總結(jié)與體會117 參考文獻11 1 實驗?zāi)?/p>

2、的與知識背景1.1 實驗?zāi)康?. 掌握失真放大電路的設(shè)計和解決電路的失真問題提高系統(tǒng)地構(gòu)思問題和解決問題的能力.2. 掌握消除放大電路各種失真技術(shù)系統(tǒng)地歸納模擬電子技術(shù)中失真現(xiàn)象。3. 具備通過現(xiàn)象分析電路結(jié)構(gòu)特點提高改善電路的能力。1.2 知識點1.輸出波形失真可發(fā)生在基本放大、功率放大和負反饋放大等電路中，輸出波形失真有截止失真、飽和失真、雙向失真、交越失真，以及輸出產(chǎn)生的諧波失真和不對稱失真等。2. 射極偏置電路、乙類、甲乙類功率放大電路和 負反饋電路。3. 克服各種失真的技術(shù)。2 實驗要求2.1基本要求（1） 輸入一標準正弦波，頻率2KHz，幅度50mV，輸出正弦波頻率2KHz，幅度1

3、V。 輸入波形 輸出波形（2） 下圖放大電路輸入是標準正弦波，其輸出為截止失真。 設(shè)計電路并改進。 討論產(chǎn)生失真的機理，闡述解決問題的辦法。 （3） 下圖放大電路輸入是標準正弦波，其輸出為飽和失真。 設(shè)計電路并改進。 討論產(chǎn)生失真的機理，闡述解決問題的辦法。 npn型組成的共射放大電路和pnp型組成的共射放大電路在截止和飽和失真方面的不同。 （4） 下圖放大電路輸入是標準正弦波，其輸出為雙向失真。 設(shè)計電路并改進。 討論產(chǎn)生失真的機理，闡述解決問題的辦法。 共基放大電路、共集放大電路與共射放大電路在截止和飽和失真方面的不同。 （5）下圖放大電路輸入是標準正弦波，其輸出為交越失真。 設(shè)計電路并改

4、進。 討論產(chǎn)生失真的機理，闡述解決問題的辦法。 雙電源供電的功率放大器改成單電源供電會出現(xiàn)哪種失真？如何使單電源供電的功率放大器不失真？2.1擴展要求（1）下圖放大電路輸入是標準正弦波，其輸出為不對稱失真。 設(shè)計電路并改進。 討論產(chǎn)生失真的機理，闡述解決問題的辦法。3 失真原理及改進方法3.1飽和失真與截止失真l 原理由于靜態(tài)工作點的設(shè)置不當，導(dǎo)致信號會產(chǎn)生削定失真與削底失真的情況。如下圖，當工作點太高時,放大器能對輸入的負半周信號實施正常的放大,而當輸入信號為正半周時,因輸入信號太大,使三極管進入飽和區(qū),輸出電流將不隨輸入電流而變化,輸出電壓也不隨輸入信號而變化,產(chǎn)生輸出波形的飽和失真。當工

5、作點太低時,放大器能對輸入的正半周信號實施正常的放大,而當輸入信號為負半周時,因小于三極管的開啟電壓,三極管將進入截止區(qū)IB=0,IC=0,輸出電壓U0=UCE=Vcc將不隨輸入信號而變化,產(chǎn)生輸出波形的截止失真。l 消除方法由失真原理，從靜態(tài)工作點的調(diào)整入手。對于飽和失真，降低靜態(tài)工作點的數(shù)值，將其選在交流負載線的中點。對于截止失真，提高電路靜態(tài)工作點的數(shù)值是指到達交流負載線的中點。注意：以上結(jié)論均對NPN型三極管的共射放大電路而言。由于PNP管放大電路和NPN管放大電路的輸出波形發(fā)生失真情況完全相反。此外，放大電路三種基本組態(tài)中Uce與Uo關(guān)系不同，所以失真波形也有不同之處，具體見下表。

6、由以上分析可得，放大電路的靜態(tài)工作點Q選得過低，將導(dǎo)致產(chǎn)生截止失真；Q點選得過高，將導(dǎo)致飽和失真；只有Q點選在交流負載線的中央，才可獲得最大不失真輸出電壓幅值，亦可得到放大電路的最大輸出動態(tài)范圍。3.2雙向失真l 原理雙向失真是指即在三極管輸出特性曲線的飽和區(qū)失真又在截止區(qū)失真，三極管有飽和狀態(tài)又有截止狀態(tài)，向上達到飽和狀態(tài)，向下到達截止狀態(tài)，出現(xiàn)這種非線性失真不是由于電路中某個電路元件選擇的不合適，而是由于信號源輸入的信號過大導(dǎo)致三極管在放大時出現(xiàn)了雙向失真。l 消除方法改變這種失真的方法就是工作點Q要設(shè)置在輸出特性曲線放大區(qū)的中間部位，減小輸入的信號，選擇一個合理的輸入信號，使之正好工作在

7、放大區(qū)域內(nèi)。3.3交越失真l 原理交越失真是由于晶體管的門坎電壓（即死區(qū)電壓）而產(chǎn)生，減小或克服交越失真是人們一直關(guān)注的課題之一。當三極管工作在純乙類狀態(tài)時，由于輸入回路沒有加基極偏流，而管子的ib必須在Ube大于一定數(shù)值(即門坎電壓，硅管約06 V)后才有顯著地增加。所以在輸入信號電壓很低的時候，晶體管的集電極電流基本上為零，則負載所得到的電壓或電流將出現(xiàn)一段“死區(qū)”， 使得輸出信號波形在兩管交替導(dǎo)通處出現(xiàn)失真。這種現(xiàn)象稱為交越失真。l 消除方法為了克服交越失真的影響，我們可以通過改進電路的方法來實現(xiàn)。常見的方法有：甲乙類雙電源互補對稱電路法和甲乙類單電源互補對稱電路。甲乙類互補對稱法電路原

8、理如下圖所示。由圖可見, T3組成前置放大級,T1和T2組成互補輸出級。靜態(tài)時, 在D1,D2上產(chǎn)生的壓降為T1,T1提供了一個適當?shù)钠珘? 使之處于微導(dǎo)通狀態(tài)。由于電路的對稱, 靜態(tài)時ic1=ic2,il=0,v0=0。有信號時, 由于電路工作在甲乙類, 即使VI很小, 基本上也可以進行線性放大。但是左圖的缺點就是其偏置電壓不易調(diào)整, 改進電路如右圖所示, 在右圖中流人T4的基極電流遠小于流過R1、r2的電流, 則由圖可以求出vce=VBE(R1+R2)/R2, 因此, 利用T4管的Vbe基本為一固定值, 只要調(diào)整R1、R2的比值, 就可以改變T1、T2的偏壓值, 此法在集成電路中經(jīng)常應(yīng)用。

9、3.4非對稱失真l 原理不對稱失真也是推挽放大器所特有的失真,它是由于推挽管特性不對稱,而使輸入信號的正、負半周不對稱。l 消除方法采用負反饋，減小環(huán)內(nèi)的非線性失真。4 仿真過程4.1對截止失真，飽和失真，雙向失真以及標準放大的電路設(shè)計l 飽和失真輸入信號為：正弦波，峰峰值50mv，頻率2kHz電位器阻值：4%l 標準放大輸入信號為：正弦波，峰峰值50mv，頻率2kHz電位器阻值：28%l 截至失真輸入信號為：正弦波，峰峰值50mv，頻率2kHz電位器阻值：42%l 雙向失真輸入信號為：正弦波，峰峰值400mv，頻率2kHz電位器阻值：8%4.2對交越失真及其改進方法的電路設(shè)計輸入信號:正弦波

10、，峰峰值4V，頻率2kHz當開關(guān)閉合時，出現(xiàn)交越失真當開關(guān)打開時，失真得到改善4.3不對稱失真及其改進方法的電路設(shè)計輸入信號：正弦波，峰峰值10v；頻率2kHz當開關(guān)打開時，輸出波形發(fā)生不對稱失真當開關(guān)閉合，產(chǎn)生負反饋是，波形恢復(fù)，近似與原信號相等 5 討論（1）負反饋可解決波形失真，解決的是哪類失真？負反饋只能在一定程度上抑制管子的非線性失真，而且負反饋會壓低增益，大環(huán)路負反饋還可能加劇互調(diào)失真，因此負反饋深度不宜過大。非線性失真包括交越失真、不對稱失真等。（2）歸納失真現(xiàn)象，并闡述解決失真的技術(shù)。削波失真：因工作點設(shè)置不當或信號幅度超限致使晶體管截止或飽和，正弦電壓波頭被削平，稱為削波失真

11、隨著信號幅度增大，工作點設(shè)置不當時正弦電壓只有正波頭或負波頭被削平，發(fā)生單向削波失真；工作點設(shè)置合理時，則正、負波頭都被削平，發(fā)生雙向削波失真削波失真屬于硬傷削波失真一旦發(fā)生就難以彌補設(shè)置合理的工作點是避免削波失真的唯一措施。非線性失真：對線性電阻，輸入是正弦波電壓，則輸出電流亦是正弦波電阻阻值變化時，輸入是正弦波，則輸出就會偏離正弦波將放大器中輸入正弦電壓(電流)時輸出電流(電壓)偏離正弦波的現(xiàn)象叫做非線性失真BJT放大器中的非線性失真電壓(電流)波形的基本特征是一個波頭矮胖，另一個瘦長非線性失真屬于柔性失真非線性失真可以用若干方法來抑制或補償。（3）由單電源供電的運算放大器組成電路會出現(xiàn)哪

12、種失真？不對稱失真。（4）電阻負載改成大容性負載會出現(xiàn)什么失真？飽和或截止失真。（5）提高頻率后若失真，屬于哪類失真？交越失真。（6）其他放大電路失真及解決辦法。頻率失真、幅度失真、相位失真、瞬態(tài)互調(diào)失真等，利用負反饋解決。6 總結(jié)與體會1.研究放大電路信號失真的原理與掌握克服失真的方法對實際運用具有重要的意義。通過此次實驗，我對模電中關(guān)于放大電路頻率響應(yīng)中的相關(guān)知識又有了進一步的了解與掌握。特別是對失真及其克服方法這一塊，我查閱了幾本不同的教材，每一本教材的寫法都有自己的特色，因此極大地加深了我對理論知識的理解。2. BJT放大器諧波失真分為削波失真和非線性失真設(shè)置工作點可避免單向削波失真，

13、使放大器輸出范圍最大，為糾正非線性失真打下基礎(chǔ)。信號源內(nèi)阻、負反饋及迭次反相放大都能減小BJT非線性失真，改善放大器線性信號源內(nèi)阻及負反饋基于抑制管子非線性的機理去減少放大器輸出電壓的非線性失真，迭次反相放大基于補償機制去減少放大器輸出電壓的非線性失真比較看，信號源內(nèi)阻及負反饋只是有利于盡可能忠實地放大信號，對輸入信號的非線性失真無能為力，而且負反饋會壓低增益，大環(huán)路負反饋還可能加劇互調(diào)失真，因此負反饋深度不宜過大，而理論上負反饋就不能徹底抑制非線性失真迭次反相放大不用任何代價就能補償輸入信號的非線性失真，且有可能補償?shù)搅憧傊摲答佒荒茉谝欢ǔ潭壬弦种乒茏拥姆蔷€性失真，而迭次反相放大能獲得極佳的高保真效果3.為了找到關(guān)于放大電路失真方面的相關(guān)資料，我積極利用網(wǎng)上圖書館中的數(shù)據(jù)庫，大量搜索，進步一鍛煉了我利用網(wǎng)絡(luò)工具查找文獻的能力。4.通過對收集的論文資料的閱讀，我規(guī)范了自己的論文格式，進一步地加深了規(guī)范論文的寫作格式，相信這對我們今后更多的科研論文，研究設(shè)計等有著很大幫助。7 參考文獻1 路勇. 模擬集成電路基礎(chǔ)M. 中國鐵道出版社, 2010. 2童詩白, 華成英. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M. 第四版. 高等教