模電實(shí)驗(yàn)報(bào)告

國家電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心 模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)報(bào)告國家電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)題目：放大電路的失真研究學(xué)院：專業(yè)：學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：任課教師：年月日

目錄一、實(shí)驗(yàn)題目及要求1二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c知識(shí)背景2.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?2.2知識(shí)點(diǎn)（1）飽和失真截止失真及雙向失真1（2）交越失真2（3）非對(duì)稱失真3（4）測出LM324運(yùn)算放大器的增益帶寬積fT3（5）在運(yùn)算放大器電路中接上容性負(fù)載觀察其失真4（6）語音放大器的設(shè)計(jì)方案4三、實(shí)驗(yàn)過程3.1選取的實(shí)驗(yàn)電路及輸入輸出波形（1）輸出正常波形、飽和失真、截止失真以及雙向失真6（2）交越失真及其改善8（3）非對(duì)稱失真及其改善8（4）在運(yùn)算放大器電路中接上容性負(fù)載觀察其失真83.2每個(gè)電路的討論和方案比較93.3失真研究11四、總結(jié)與體會(huì)12五、參考文獻(xiàn)12

一、實(shí)驗(yàn)題目及要求（1）、輸出正常波形、飽和失真、截止失真以及雙向失真；（2）、交越失真及其改善；（3）、非對(duì)稱失真及其改善；（4）、測出LM324運(yùn)算放大器的增益帶寬積fT；（5）、在運(yùn)算放大器電路中接上容性負(fù)載觀察其失真；（6）、設(shè)計(jì)頻率范圍在20Hz～20kHz語音放大器。二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c知識(shí)背景2.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）、掌握失真放大電路的設(shè)計(jì)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(diǎn)——提高改善電路的能力。2.2知識(shí)點(diǎn)（1）、飽和失真截止失真及雙向失真：如下圖，在作三極管靜態(tài)分析時(shí)，我們有IBQ×R1+IBQ×（1+β）×R4+UBEQ=UCCICQ×R2+IBQ×（1+β）×R4+UCEQ=UCC可以求出靜態(tài)工作點(diǎn)IBQ、UCEQ、ICQ，畫出交直流U-I圖如下：如圖所示，當(dāng)R1很大時(shí)，靜態(tài)工作點(diǎn)IBQ很低，導(dǎo)致我們輸入的正弦波有一部分進(jìn)入了截止區(qū)，從而導(dǎo)致了截止失真（即頂部失真）；而當(dāng)R1很小時(shí)，靜態(tài)工作點(diǎn)IBQ很高，導(dǎo)致我們輸入的正弦波有一部分進(jìn)入了飽和區(qū)，從而導(dǎo)致了飽和失真（即底部失真）；而當(dāng)R1很小，且R2和R4很大時(shí)，導(dǎo)致IBQ很高，而UCE的范圍比較小，或者輸入的正弦波形幅值較高時(shí)，頂部和底部分別進(jìn)入了截止區(qū)和飽和區(qū)，從而導(dǎo)致了雙向失真。（2）、交越失真原理；如下圖，在乙類推挽功率放大器中三極管T1和T2的偏壓分別由輸入的正弦信號(hào)Ui提供，所以，當(dāng)Ui<UBEO（UBEO為三極管閾值電壓）時(shí)，輸出電壓接近于零，所以產(chǎn)生了交越失真。（3）、非對(duì)稱失真原理：在差分放大電路中，由于左右兩邊電路并非完全對(duì)稱，從而導(dǎo)致了靜態(tài)工作點(diǎn)的偏移，從而導(dǎo)致了非對(duì)稱失真；而在推挽功率放大器中，由于上下兩個(gè)npn三極管和pnp三極管的參數(shù)不完全一致，從而導(dǎo)致了各半個(gè)周期內(nèi)對(duì)輸入型號(hào)的放大不一致，也導(dǎo)致了非對(duì)稱失真。電路原理圖如下：（4）、測出LM324運(yùn)算放大器的增益帶寬積fT： 電路如下：首先觀察輸出波形，測出中頻增益，當(dāng)輸出信號(hào)的波形幅值下降到原來的0.707倍的時(shí)候的頻率為f（T），并用f（T）乘以中頻增益即可得到增益帶寬積。（5）、在運(yùn)算放大器電路中接上容性負(fù)載觀察其失真：相位失真：在負(fù)反饋放大電路中，增益是頻率的函數(shù)，隨著工作頻率的變化，不僅增益的絕對(duì)值下降，而且也會(huì)出現(xiàn)相位的附加相移，由于這種附加相移的存在，將有可能在高頻區(qū)的某個(gè)頻率上，反饋信號(hào)與輸入信號(hào)同相位，使負(fù)反饋?zhàn)優(yōu)檎答?，?dāng)正反饋信號(hào)幅值達(dá)到一定值時(shí)，放大電路輸入端不加信號(hào)，輸出端也會(huì)產(chǎn)生輸出信號(hào)，這種現(xiàn)象便稱為自激振蕩，相位失真便運(yùn)用了這個(gè)原理。當(dāng)把阻值為2K的電阻改為22uF的大電容作為大容性負(fù)載時(shí)，電容在高頻電路中產(chǎn)生了震蕩，于是形成了相位失真。其電路原理圖如下：（6）、語音放大器的設(shè)計(jì)方案：語音放大器包括三級(jí)：第一級(jí)為對(duì)信號(hào)的放大，采用同向比例放大器的接法，采用兩級(jí)放大，如下圖：第二級(jí)為對(duì)噪聲等進(jìn)行濾波，濾除20Hz～20kHz以外的噪聲信號(hào)，采用LM324實(shí)現(xiàn)帶通濾波器，如下圖：第三級(jí)為功率放大器，這時(shí)我們可以采用前面的乙類功率推挽功率放大器，從而放大電流，驅(qū)動(dòng)負(fù)載（喇叭）發(fā)出聲音，電路如下圖：這樣，再在輸入端接上麥克風(fēng)，把三級(jí)連接起來，就形成了簡易的語音放大器。三、實(shí)驗(yàn)過程3.1選取的實(shí)驗(yàn)電路及輸入輸出波形（1）、輸出正常波形、飽和失真、截止失真以及雙向失真的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：截止失真：飽和失真：雙向失真：正常波形：（2）、交越失真實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：（3）、非對(duì)稱失真實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：（4）、在運(yùn)算放大器電路中接上容性負(fù)載觀察其失真的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：3.2每個(gè)電路的討論和方案比較（1）、解決飽和失真、截止失真以及雙向失真的辦法：根據(jù)三極管靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算式子IBQ×R1+IBQ×（1+β）×R4+UBEQ=UCCICQ×R2+IBQ×（1+β）×R4+UCEQ=UCC使R1很稍大，且讓R2和R4稍小時(shí)，UCE的范圍比較大，且讓IBQ處于一個(gè)中間水平，而且輸入的正弦波形幅值不能過大，這時(shí)便能夠從根本上解決飽和截止雙向失真。（2）、解決交越失真的辦法：根據(jù)的失真原理：三極管T1和T2的偏壓分別由輸入的正弦信號(hào)Ui提供，所以，當(dāng)Ui<UBEO（UBEO為三極管閾值電壓）時(shí)，輸出電壓接近于零，所以產(chǎn)生了交越失真。若要解決交越失真，則要在三極管的兩端加上一個(gè)0.7V的“開啟電壓”，我們可以用二極管、電阻、三極管集電極與基極短接形成的二極管來為兩個(gè)三極管提供0.7V的電壓，這時(shí)便解決了交越失真。如圖所示：（3）、解決非對(duì)稱失真的辦法：在差分放大電路和推挽功率放大器中，由于左右兩邊電路并非完全對(duì)稱，從而導(dǎo)致了靜態(tài)工作點(diǎn)的偏移，從而導(dǎo)致了非對(duì)稱失真；若在電路中加一個(gè)電壓并聯(lián)負(fù)反饋便能解決在差分放大電路和推挽功率放大器中的非對(duì)稱失真，以達(dá)到預(yù)期的放大效果。如圖所示：（4）、解決運(yùn)算放大器帶電容負(fù)載的相位失真的辦法：運(yùn)算放大器的相位失真是由于在負(fù)反饋放大電路中，輸入信號(hào)頻率的增加，會(huì)出現(xiàn)相位的附加相移，由于這種附加相移的存在，將有可能在高頻區(qū)的某個(gè)頻率上，反饋信號(hào)與輸入信號(hào)同相位，使負(fù)反饋?zhàn)優(yōu)檎答仯?dāng)正反饋信號(hào)幅值達(dá)到一定值時(shí)，放大電路輸入端不加信號(hào)，輸出端也會(huì)產(chǎn)生輸出信號(hào)，這種現(xiàn)象便稱為自激振蕩，相位失真便運(yùn)用了這個(gè)原理。運(yùn)用同樣的方法，我們可以再輸出端加一個(gè)電壓并聯(lián)負(fù)反饋便可以消除失真。如圖所示：3.3失真研究（1）、由單電源供電的運(yùn)算放大器電路會(huì)出現(xiàn)哪種失真？由單電源供電的運(yùn)算放大器電路可能會(huì)出現(xiàn)頂部、底部失真，若輸入信號(hào)的幅值相對(duì)較大時(shí)也會(huì)出現(xiàn)雙向失真。（2）、負(fù)反饋可解決波形失真，解決的是哪類失真？負(fù)反饋解決的是反饋環(huán)路內(nèi)的非線性失真，并不能解決反饋環(huán)路外的一系列失真。（3）、測量增益帶寬積fT有哪些方法？測出中頻增益，再測出衰減3db的截頻，用中頻增益乘以截頻即為增益帶寬積；或者繪制出波特圖，根據(jù)波特圖讀出上限截頻，乘以中頻增益即為增益帶寬積。（4）、提高頻率后若失真，屬于哪類失真？提高頻率后產(chǎn)生的為相位失真，有可能產(chǎn)生震蕩自激。（5）、電阻負(fù)載改成大容性負(fù)載會(huì)出現(xiàn)什么失真？提高頻率后產(chǎn)生的也為相位失真。（6）、有哪些方法可以克服電阻負(fù)載改成大容性負(fù)載出現(xiàn)的失真？電壓負(fù)反饋可以克服電阻負(fù)載改成大容性負(fù)載出現(xiàn)的失真（7）、歸納失真現(xiàn)象，并闡述解決失真的技術(shù)。對(duì)于電路內(nèi)部造成的失真，我們通常采用負(fù)反饋或者增加補(bǔ)償電路的方法來改善失真，而對(duì)于電路外部的一系列失真，如果采用負(fù)反饋或者補(bǔ)償電路往往解決不了失真問題，可以采用外部濾波等處理來達(dá)到我們預(yù)期的效果。四、總結(jié)與體會(huì)在第一天上模電實(shí)驗(yàn)課看到所要求完成的題目時(shí)，我就覺得實(shí)驗(yàn)雖然看似簡單，但所需要的是我們?cè)鷮?shí)的模擬電路知識(shí)基礎(chǔ)。在接下來的幾周里，我開始查閱資料，仔細(xì)研究模電課本上的相關(guān)知識(shí)，著手電路圖的設(shè)計(jì)。一個(gè)像書本后面的習(xí)題那樣簡簡單單的電路，如果是給出了條件，讓我來計(jì)算相關(guān)數(shù)據(jù)，按照基礎(chǔ)理論就可以完成。而當(dāng)像模電實(shí)驗(yàn)這樣的一個(gè)真正的工程問題擺在我們的面前時(shí)，有一堆要求需要達(dá)成，而器件參數(shù)則是不固定的，這時(shí)我們便需要一個(gè)逆推的過程。在逆推的過程中，當(dāng)需要考慮的參數(shù)超過5個(gè)或者5個(gè)以上時(shí)，各個(gè)參數(shù)之間的聯(lián)系及其折中問題則是相當(dāng)復(fù)雜的。在設(shè)計(jì)電路的時(shí)候，我還學(xué)習(xí)并使用了仿真軟件Multisim13.0，通過電腦仿真得到最終實(shí)際中要使用的參數(shù)。在電路設(shè)計(jì)完后，我們將進(jìn)行的便是電路的焊接。我曾經(jīng)天真地以為電路的設(shè)計(jì)就是模電實(shí)驗(yàn)的重心，但是事實(shí)上，元件的購買、電路的布局、電路的焊接……這一系列問題都需要花費(fèi)大量的時(shí)間和精力。不過當(dāng)焊好每個(gè)模塊后，都能在示波器上調(diào)出理想中波形的時(shí)候，都能感到由衷的喜悅，覺得花費(fèi)了的時(shí)間確實(shí)是值得的。通過此次實(shí)驗(yàn)，我對(duì)模電中關(guān)于放大電路這一塊相關(guān)的理論知識(shí)有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，尤其是更加深刻地理解了失真問題及其解決的方式，對(duì)以后的實(shí)際工程問題中可能出現(xiàn)的一些現(xiàn)象有了本質(zhì)上的理解。相信這次模電實(shí)驗(yàn)會(huì)讓我在以后的模電學(xué)習(xí)中更加順利。五、參考文獻(xiàn)[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.高等教育出版社,