【精品】失真放大电路研究

1、国家电工电子实验教学中心模拟电子技术实验报告实验题目：放大电路失真研究学 院：电子信息工程专 业：电子科学与技术学生姓名：学 号：任课教师：陆鹏飞2013 年 6 月 7 日1 实验目的与知识背景1"实验日的11.2知识点12 实验要求12.1基本要求12.2扩展要求33失真原理及改进方法33.1饱和失真与截止失真33.2双向失真43.3交越失真43.4非对称失真54仿真过程54.1对截止失真，饱和失真，双向失真以及标准放大的电路设计54.2对交越失真及其改进方法的电路设计84.3不对称失真及其改进方法的电路设计95 讨论106 总结与体会117 参考文献111实验目的与知识背景1.

2、1实验目的1. 学握失真放大电路的设计和解决电路的失真问题提髙系统地构思问题和解决 问题的能力.2. 掌握消除放大电路各种失真技术一一系统地归纳模拟电了技术中失真现彖。3. 具备通过现象分析电路结构特点一一提高改善电路的能力。1.2知识点1 输出波形失真可发生在基本放大、功率放大和负反馈放大等电路中，输出波形失真有截止失真、饱和失真、双向失真、交越失真，以及输出产生的谐波失真和不对称失真等。正淆正弦波截止（顶部）火真双向失真交越失真乍刈称失真2. 射极偏置电路.乙类.甲乙类功率放大电路和负反馈电路。3. 克服各种失真的技术。2实验要求2. 1基本要求（1）输入一标准正弦波，频率2khz,幅度5

3、0mv,输出正弦波频率2khz,幅度iv。其输出为截止失真。0.5ms输出波形 设计电路并改进。 讨论产生失真的机理，阐述解决问题的办法。（3）下图放大电路输入是标准正弦波，其输出为饱和失真。 设计电路并改进。 讨论产生失真的机理，阐述解决问题的办法。 npn型组成的共射放人电路和pnp型组成的共射放人电路在截止和饱和失真方面的不同。（4）下图放大电路输入是标准正弦波，其输出为双向失真。 设计电路并改进。 讨论产生失真的机理，阐述解决问题的办法。 共基放大电路、共集放人电路与共射放大电路在截止和饱和失真方面的不同。（5）下图放大电路输入是标准正弦波，其输出为交越失真。 设计电路并改进。 讨论产

4、生失真的机理，阐述解决问题的办法。 双电源供电的功率放大器改成单电源供电会出现哪种失真？如何使单电源供电的 功率放大器不失真？2. 1扩展要求（1）下图放大电路输入是标准正弦波，其输出为不对称失真。设计电路并改进。讨论产生失真的机理，阐述解决问题的办法。3失真原理及改进方法3. 1饱和失真与截止失真原理由于静态工作点的设置不当，导致信号会产生削定失真与削底失真的情况。如下图，当 工作点太高时，放人器能对输入的负半周信号实施正常的放人，而当输入信号为正半周时，因 输入信号太大，使三极管进入饱和区，输出电流将不随输入电流而变化，输出电压也不随输入 信号而变化，产生输出波形的饱和失真。当工作点太低时

5、,放人器能对输入的正半周信号实施 正常的放大，而当输入信号为负半周时，因小于三极管的开启电压，三极管将进入截止区 1=0,ic=0,输出电压ivu爼二vcc将不随输入信号而变化,产生输出波形的截止失真。消除方法由失真原理，从静态工作点的调整入手。对于饱和失真，降低静态工作点的数值，将其选 在交流负载线的中点。对于截止失真，提高电路静态工作点的数值是指到达交流负载线的中 点。注意：以上结论均对npn型三极管的共射放大电路而言。由于pnp管放大电路和npn管放大 电路的输出波形发牛失真情况完全相反。此外，放大电路三种基本组态屮uce与uo关系不同, 所以失真波形也有不同z处，具体见下表。表1输出u

6、。波形失真现象分析放大 电路组态输出u。波形u。顶部失真u。底部失真npnpnpnpnpnp，共射uy顶部失真uy底部失真ucc底部失真us顶部失真截止失真饱和失真饱和失真截止失真共集ug底部失真uce顶部失真ucc顶部失真uce底部失真'饱和失真截止失真截止失真饱和失真：共基uy顶部失真ug底部失真u*底部失真ug顶部失真截止失真饱和失真饱和失真截止失真由以上分析可得，放人电路的静态工作点q选得过低，将导致产住截止失真；q点选得 过高，将导致饱和失真；只冇q点选在交流负载线的中央，才可获得授大不失真输出电压 幅值，亦可得到放大电路的最大输出动态范围。3. 2双向失真原理双向失真是指即

7、在三极管输出特性illi线的饱和区失真乂在截i上区失真，三极管有饱和状 态又冇截止状态，向上达到饱和状态，向下到达截止状态，出现这种非线性失真不是由于电 路屮某个电路元件选择的不合适，而是由于信号源输入的信号过人导致三极管在放人时出现 了双向失真。消除方法改变这种失真的方法就是工作点q要设置在输出特性1111线放大区的中间部位，减小输入 的信号，选择一个合理的输入信号，使之正好工作在放大区域内。3. 3交越失真原理交越失真是由于晶体管的门坎电压（即死区电压）而产主，减小或克服交越失真是人 们一直关注的课题z。当三极管工作在纯乙类状态时，由于输入回路没有加基极偏流，而 管子的ib必须在ube大于

8、一定数值（即门坎电压，硅管约0. 6 v）后才有显著地增加。所以 在输入信号电压很低的吋候，品体管的集电极电流基本上为零，则负载所得到的电压或电流 将出现一段“死区”，使得输出信号波形在两管交替导通处出现失真。这种现象称为交越失 真。消除方法为了克服交越失真的影响，我们可以通过改进电路的方法来实现。常见的方法有：甲乙 类双电源互补对称电路法和甲乙类单电源互补对称电路。甲乙类互补对称法电路原理如下图 所示。由图可见，t3组成前置放大级；t1和t2组成互补输出级。静态时，在d1,d2上产生的 压降为t1,t1提供了一个适当的偏压，使之处于微导通状态。由于电路的对称，静态时昇匸0冲=0。有信号吋，山

9、于电路工作在甲乙类，即使巧很小，基木上也可以进行线性放 人。但是左图的缺点就是英偏置电压不易调整，改进电路如右图所示，在右图中流人t4的基 极电流远小于流过rl> r2的电流,则由图可以求出vce=j(rl+r2)/r2,因此,利用t4管的 vbe基本为一固定值，只要调整rl、r2的比值，就可以改变tl、t2的偏压值，此法在集成 电路中经常应用。3. 4非对称失真原理不对称失真也是推挽放大器所特冇的失真，它是由于推挽悖特性不对称，而使输入信号 的正、负半周不对称。消除方法釆用负反馈，减小环内的非线性失真。4仿真过程4.1对截止失真，饱和失真，双向失真以及标准放大的电路设计vcc；工1 r

10、2工工工工j工工|12v5%.xfg2lokoc1topf :r610qkq2h2222ar415kqr j ikq： : 10ic3 : opf 2t匚 loyf:饱和失真输入信号为：正弦波，峰峰值50mv,频率2khz电位器阻值:4%标准放大输入信号为：正弦波，峰峰值50mv,频率2khz电位器阻值：28%截至失真输入信号为:正弦波，峰峰值50mv,频率2khz电位器阻值：42%in ss2囹囹t2-t1嚣000通道一a2.273 mv2.273 mv0.000v通道丄2.667 mv2.667 mv0.000 v反向保存ext. trigger时间紬比例 200 us/divx位置 0函

11、ki阪丽通道a比例 100 mv/div y位置：1 ac(v| dc通道b比例 50 mv/divy位置 1ac| 0 | dc in 3)触发边沿 be电平 o类型sbei®i).双向失真输入信号为：正弦波，峰峰值400mv,频率2kfk 电位器阻值:8%7f 波器-xsc14. 2对交越失真及其改进方法的电路设计vcc2n4401址貉00祜pxfg1s -nr<? q $xsc1址踰001gpj2key：= akqbe trig .tz:2n4403-vdd输入信号:正弦波，峰峰值4v,频率2kh刁当开关闭合时，出现交越失真广示波器xscii._ r当开关打开时，失真得到

12、改善4. 3不对称失真及其改进方法的电路设计 *xfg12n2222a2n2222ar3 10kqvccq52h2222a筒工 7 o . r1c. f1 oc1c苗o. lssjddkey = a:r4 ：-nn：1kq：:输入信号:正弦波，峰峰值10v；频率2khz当开关打开时，输出波形发生不对称失真5讨论（1）负反馈可解决波形失真，解决的是哪类失真？负反馈只能在一定程度上抑制管了的非线性失真，而且负反馈会压低增益，大环路负 反馈还可能加剧互调失真，因此负反馈深度不立过大。非线性失真包括交越失真、不对称失 真等。（2）归纳失真现象，并阐述解决失真的技术。bjt放大器谐波失真2非线性输入失真

13、分压失真分流失真削波失真4单向削波失真j截止失真 （饱和失真l双向削波失真图4 bjt放大电路失真分类削波失真：因工作点设置不当或信号幅度超限致使品体管截止或饱和，正弦电压波头被削平, 称为削波失真随著信号幅度增大，工作点设置不当时正弦电压只有正波头或负波头被削平, 发牛单向削波失真；工作点设置合理吋，则正、负波头都被削平，发牛:双向削波失真.削波 失真属于硬伤.削波失真一旦发生就难以弥补.设置合理的工作点是避免削波火真的唯一措 施。非线性失真：对线性电阻，输入是正弦波电压，则输出电流亦是正弦波.电阻卩fl值变化时， 输入是正弦波，则输出就会偏离正弦波.将放人器屮输入正弦电压（电流）时输出电流

14、（电压） 偏离正弦波的现象叫做非线性失真.bjt放人器中的非线性失真电压（电流）波形的基木特征 是一个波头矮胖，另一个瘦长.非线性失真属于柔性失真.非线性失真可以用若干方法来抑 制或补偿。（3）由单电源供电的运算放人器组成电路会岀现哪种失真？不对称失真。（4）电阻负载改成大容性负载会11!现什么失真？饱和或截止失真。（5）提高频率后若失真，属于哪类失真？交越失真。（6）其他放大电路失真及解决办法。频率失真、幅度失真、相位失真、瞬态互调失真等，利用负反馈解决。6总结与体会1. 研究放大电路信号失真的原理与学握克服失真的方法对实际运用具有重耍的意义。通 过此次实验，我対模电屮关于放大电路频率响应中

15、的相关知识又有了进一步的了解少掌握。 特别是对失真及其克服方法这一块，我查阅了几本不同的教材，每一本教材的写法都有口己 的特色，因此极大地加深了我对理论知识的理解。2. bjt放大器谐波失真分为削波失真和非线性失真.设置工作点可避免单向削波失真, 使放夫器输出范围最大，为纠正非线性失真打下棊础。信号源内阻、负反馈及迭次反相放人 都能减小bjt非线性失真，改善放大器线性.信号源内阻及负反馈基于抑制管子非线性的机 理去减少放人器输出电压的非线性失真，迭次反相放人基于补偿机制去减少放人器输出电压 的非线性失真比较看，信号源内阻及负反馈只是有利于尽可能忠实地放大信号，对输入信 号的非线性失真无能为力，而且负反馈会压低增益，人环路负反馈还可能加剧互调失真，因 此负反馈深度不宜过人，而理论上负反馈就不能彻底抑制非线性失真.迭次反相放人不用任 何代价就能补偿输入信号的非线性失真，且有可能补偿到零.总之，负反馈只能在一定程度 上抑制管子的非线性失真，而迭次反相放人能获得极住的高保真效果.3. 为了找到关于放人电路失真方而的札i关资料，我积极利用网上图书馆中的数据库，人 量搜索，进步一锻炼了我利用网络工具查找文献的能力。4. 通过对收集的论文资料的阅读，我规范了白己的论文格式，进一步地加深了规范论文 的写作格式，相信这对我们今后更多的科研论文，研究设计等有着很大帮助。7参考