1、國(guó)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(hào)：任課教師：陸鵬飛 2013 年 6 月 7 日目 錄1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c知識(shí)背景11.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1.2知識(shí)點(diǎn)12 實(shí)驗(yàn)要求12.1基本要求12.2擴(kuò)展要求33 失真原理及改進(jìn)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(duì)稱失真54 仿真過(guò)程54.1對(duì)截止失真，飽和失真，雙向失真以及標(biāo)準(zhǔn)放大的電路設(shè)計(jì)54.2對(duì)交越失真及其改進(jìn)方法的電路設(shè)計(jì)84.3不對(duì)稱失真及其改進(jìn)方法的電路設(shè)計(jì)95 討論106 總結(jié)與體會(huì)117 參考文獻(xiàn)11 1 實(shí)驗(yàn)?zāi)?/p>

2、的與知識(shí)背景1.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握失真放大電路的設(shè)計(jì)和解決電路的失真問(wèn)題提高系統(tǒng)地構(gòu)思問(wèn)題和解決問(wèn)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(guò)現(xiàn)象分析電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)提高改善電路的能力。1.2 知識(shí)點(diǎn)1.輸出波形失真可發(fā)生在基本放大、功率放大和負(fù)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(duì)稱失真等。2. 射極偏置電路、乙類、甲乙類功率放大電路和 負(fù)反饋電路。3. 克服各種失真的技術(shù)。2 實(shí)驗(yàn)要求2.1基本要求（1） 輸入一標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)正弦波，其輸出為截止失真。 設(shè)計(jì)電路并改進(jìn)。 討論產(chǎn)生失真的機(jī)理，闡述解決問(wèn)題的辦法。 （3） 下圖放大電路輸入是標(biāo)準(zhǔn)正弦波，其輸出為飽和失真。 設(shè)計(jì)電路并改進(jìn)。 討論產(chǎn)生失真的機(jī)理，闡述解決問(wèn)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(biāo)準(zhǔn)正弦波，其輸出為雙向失真。 設(shè)計(jì)電路并改進(jìn)。 討論產(chǎn)生失真的機(jī)理，闡述解決問(wèn)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(biāo)準(zhǔn)正弦波，其輸出為交越失真。 設(shè)計(jì)電路并改

4、進(jìn)。 討論產(chǎn)生失真的機(jī)理，闡述解決問(wèn)題的辦法。 雙電源供電的功率放大器改成單電源供電會(huì)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(kuò)展要求（1）下圖放大電路輸入是標(biāo)準(zhǔn)正弦波，其輸出為不對(duì)稱失真。 設(shè)計(jì)電路并改進(jìn)。 討論產(chǎn)生失真的機(jī)理，闡述解決問(wèn)題的辦法。3 失真原理及改進(jìn)方法3.1飽和失真與截止失真l 原理由于靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置不當(dāng)，導(dǎo)致信號(hào)會(huì)產(chǎn)生削定失真與削底失真的情況。如下圖，當(dāng)工作點(diǎn)太高時(shí),放大器能對(duì)輸入的負(fù)半周信號(hào)實(shí)施正常的放大,而當(dāng)輸入信號(hào)為正半周時(shí),因輸入信號(hào)太大,使三極管進(jìn)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(hào)而變化,產(chǎn)生輸出波形的飽和失真。當(dāng)工

5、作點(diǎn)太低時(shí),放大器能對(duì)輸入的正半周信號(hào)實(shí)施正常的放大,而當(dāng)輸入信號(hào)為負(fù)半周時(shí),因小于三極管的開啟電壓,三極管將進(jìn)入截止區(qū)IB=0,IC=0,輸出電壓U0=UCE=Vcc將不隨輸入信號(hào)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(diǎn)的調(diào)整入手。對(duì)于飽和失真，降低靜態(tài)工作點(diǎn)的數(shù)值，將其選在交流負(fù)載線的中點(diǎn)。對(duì)于截止失真，提高電路靜態(tài)工作點(diǎn)的數(shù)值是指到達(dá)交流負(fù)載線的中點(diǎn)。注意：以上結(jié)論均對(duì)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(jiàn)下表。

6、由以上分析可得，放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)Q選得過(guò)低，將導(dǎo)致產(chǎn)生截止失真；Q點(diǎn)選得過(guò)高，將導(dǎo)致飽和失真；只有Q點(diǎn)選在交流負(fù)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(dòng)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?fàn)顟B(tài)，向上達(dá)到飽和狀態(tài)，向下到達(dá)截止?fàn)顟B(tài)，出現(xiàn)這種非線性失真不是由于電路中某個(gè)電路元件選擇的不合適，而是由于信號(hào)源輸入的信號(hào)過(guò)大導(dǎo)致三極管在放大時(shí)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(diǎn)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(hào)，選擇一個(gè)合理的輸入信號(hào)，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(dāng)三極管工作在純乙類狀態(tài)時(shí)，由于輸入回路沒(méi)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(hào)電壓很低的時(shí)候，晶體管的集電極電流基本上為零，則負(fù)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(hào)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(guò)改進(jìn)電路的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。常見(jiàn)的方法有：甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路法和甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路。甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱法電路原

8、理如下圖所示。由圖可見(jiàn), T3組成前置放大級(jí),T1和T2組成互補(bǔ)輸出級(jí)。靜態(tài)時(shí), 在D1,D2上產(chǎn)生的壓降為T1,T1提供了一個(gè)適當(dāng)?shù)钠珘? 使之處于微導(dǎo)通狀態(tài)。由于電路的對(duì)稱, 靜態(tài)時(shí)ic1=ic2,il=0,v0=0。有信號(hào)時(shí), 由于電路工作在甲乙類, 即使VI很小, 基本上也可以進(jìn)行線性放大。但是左圖的缺點(diǎn)就是其偏置電壓不易調(diào)整, 改進(jìn)電路如右圖所示, 在右圖中流人T4的基極電流遠(yuǎn)小于流過(guò)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(duì)稱失真l 原理不對(duì)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(duì)稱,而使輸入信號(hào)的正、負(fù)半周不對(duì)稱。l 消除方法采用負(fù)反饋，減小環(huán)內(nèi)的非線性失真。4 仿真過(guò)程4.1對(duì)截止失真，飽和失真，雙向失真以及標(biāo)準(zhǔn)放大的電路設(shè)計(jì)l 飽和失真輸入信號(hào)為：正弦波，峰峰值50mv，頻率2kHz電位器阻值：4%l 標(biāo)準(zhǔn)放大輸入信號(hào)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(hào)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(hào)為：正弦波，峰峰值400mv，頻率2kHz電位器阻值：8%4.2對(duì)交越失真及其改進(jìn)方法的電路設(shè)計(jì)輸入信號(hào):正弦波

10、，峰峰值4V，頻率2kHz當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，出現(xiàn)交越失真當(dāng)開關(guān)打開時(shí)，失真得到改善4.3不對(duì)稱失真及其改進(jìn)方法的電路設(shè)計(jì)輸入信號(hào)：正弦波，峰峰值10v；頻率2kHz當(dāng)開關(guān)打開時(shí)，輸出波形發(fā)生不對(duì)稱失真當(dāng)開關(guān)閉合，產(chǎn)生負(fù)反饋是，波形恢復(fù)，近似與原信號(hào)相等 5 討論（1）負(fù)反饋可解決波形失真，解決的是哪類失真？負(fù)反饋只能在一定程度上抑制管子的非線性失真，而且負(fù)反饋會(huì)壓低增益，大環(huán)路負(fù)反饋還可能加劇互調(diào)失真，因此負(fù)反饋深度不宜過(guò)大。非線性失真包括交越失真、不對(duì)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(diǎn)設(shè)置不當(dāng)或信號(hào)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(hào)幅度增大，工作點(diǎn)設(shè)置不當(dāng)時(shí)正弦電壓只有正波頭或負(fù)波頭被削平，發(fā)生單向削波失真；工作點(diǎn)設(shè)置合理時(shí)，則正、負(fù)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(bǔ)設(shè)置合理的工作點(diǎn)是避免削波失真的唯一措施。非線性失真：對(duì)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(shí)，輸入是正弦波，則輸出就會(huì)偏離正弦波將放大器中輸入正弦電壓(電流)時(shí)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(gè)波頭矮胖，另一個(gè)瘦長(zhǎng)非線性失真屬于柔性失真非線性失真可以用若干方法來(lái)抑制或補(bǔ)償。（3）由單電源供電的運(yùn)算放大器組成電路會(huì)出現(xiàn)哪

12、種失真？不對(duì)稱失真。（4）電阻負(fù)載改成大容性負(fù)載會(huì)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(fù)反饋解決。6 總結(jié)與體會(huì)1.研究放大電路信號(hào)失真的原理與掌握克服失真的方法對(duì)實(shí)際運(yùn)用具有重要的意義。通過(guò)此次實(shí)驗(yàn)，我對(duì)模電中關(guān)于放大電路頻率響應(yīng)中的相關(guān)知識(shí)又有了進(jìn)一步的了解與掌握。特別是對(duì)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(duì)理論知識(shí)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(diǎn)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(hào)源內(nèi)阻、負(fù)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(hào)源內(nèi)阻及負(fù)反饋基于抑制管子非線性的機(jī)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(bǔ)償機(jī)制去減少放大器輸出電壓的非線性失真比較看，信號(hào)源內(nèi)阻及負(fù)反饋只是有利于盡可能忠實(shí)地放大信號(hào)，對(duì)輸入信號(hào)的非線性失真無(wú)能為力，而且負(fù)反饋會(huì)壓低增益，大環(huán)路負(fù)反饋還可能加劇互調(diào)失真，因此負(fù)反饋深度不宜過(guò)大，而理論上負(fù)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(jià)就能補(bǔ)償輸入信號(hào)的非線性失真，且有可能補(bǔ)償?shù)搅憧傊?，?fù)反饋只能在一定程度上抑制管子的非線性失真，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(kù)，大量搜索，進(jìn)步一鍛煉了我利用網(wǎng)絡(luò)工具查找文獻(xiàn)的能力。4.通過(guò)對(duì)收集的論文資料的閱讀，我規(guī)范了自己的論文格式，進(jìn)一步地加深了規(guī)范論文的寫作格式，相信這對(duì)我們今后更多的科研論文，研究設(shè)計(jì)等有著很大幫助。7 參考文獻(xiàn)1 路勇. 模擬集成電路基礎(chǔ)M. 中國(guó)鐵道出版社, 2010. 2童詩(shī)白, 華成英. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M. 第四版. 高等教