北京交通大学 模电实验报告精心制作Word下载.docx

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（2）下图放大电路输入是标准正弦波，其输出波形失真。

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）下图放大电路输入是标准正弦波，其输出波形失真。

（思考：

npn型组成的共射放大电路和pnp型组成的共射放大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，其输出波形失真。

共基放大电路、共集放大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，其输出波形失真。

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？

）

发挥部分：

下图放大电路输入是标准正弦波，其输出波形失真。

3.失真研究思考题：

（1）造成单级放大电路失真的器件有哪些？

Re的作用是什么？

（2）由单电源供电的运算放大器电路会出现哪种失真？

（3）负反馈可解决波形失真，解决的是哪类失真？

（4）消除交越失真为什么要用二极管？

（5）放大电路加入负载后会出现失真吗？

为什么？

（6）如何测量放大电路的输入电阻、输出电阻和通频带。

（7）用场效应管组成的放大电路或运算放大器同样会产生所研究的失真吗？

（8）当温度升高，晶体管组成的电路刚刚产生静态工作点漂移，使电路产生某种失真，此时由场效应管组成的电路也同样失真吗？

（9）归纳失真现象，并阐述解决失真的技术。

二、实验方案比较及论证

任务分析：

实验背景及目的：

（1）电路输出波形失真引起信号不能正确的传输，解决失真问题是电路设计工程师面对的一个重要问题。

（2）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。

（3）掌握失真放大电路的设计和解决电路的失真问题——提高系统地构思问题和解决问题的能力.

（4）掌握消除放大电路各种失真技术——系统地归纳模拟电子技术中失真现象。

（5）具备通过现象分析电路结构特点——提高改善电路的能力。

失真类型：

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。

理论分析：

（1）截止（顶部）失真：

由二极管的伏安特性曲线可知，只有加到发射结上的电压高于（开启电压，硅管为0.7V；

锗管为0.3V）时，发射结才有电流通过，而当发射结被加反向电压时（只要不超过其反向击穿电压），只有很小的反向电流通过，我们认为这种情况下三极管处于截止状态。

如果三极管工作点选择偏低，Ubeq、Ibq较小，晶体管在输入信号Ui负峰值附近一段时间内会进入截止区，使ib、ic及Uce波形产生失真，称为截止失真。

消除方法是调节电位器，使工作点升高。

（2）饱和（底部）失真

我们知道，当三极管的发射结被加正向电压且（开启电压）时，三极管的发射结有电流通过。

发射区通过扩散运动向基区发射电子，形成发射极电流；

其中一小部分与基区的空穴复合，形成基极电流，又由于集电极加反向电压，所以从发射极出来的大部分电子在集电极电压作用下通过漂移运动到达集电极，形成集电极电流。

当集电极上加不同电压时，有以下三种情况：

当集电结极加反向电压时，集电结反偏。

此时，集电极有能力收集从发射极发射出的电子，三极管处于稳定的放大状态。

此时，晶体三极管工作在输出特性曲线的放大区，能够正常放大信号。

当集电极加正向电压，集电结正偏。

此时，发射极虽发射电子，但由于集电极收集电子能力不足，即使基极电流增大，发射极发射电子电流增大，集电极电流也不会增大，这种情况称为三极管的饱和导通。

饱和导通时，三极管对信号也失去了发放大作用，此时三极管的失真称为饱和失真。

如果三极管工作点选择偏高，Ubeq、Ibq较大，晶体管在输入信号Ui正峰值附近一段时间内会进入饱和区，使ib、ic及Uce波形产生失真，称为饱和失真。

消除方法是调节电位器，使工作点降低。

（3）双向失真

由以上分析可知，三极管对信号的放大倍数是有限的。

调整电路使三极管工作在合适的静态工作点，即是放大信号在三极管输出特性曲线的放大区。

选取合适的输入信号可以得到正常的放大波形，当增加输入信号的幅度时，放大信号的幅度也成倍增加，此时放大信号的幅度过大，导致放大信号的峰部超出三极管输出特性曲线的放大区，一部分在饱和区，一部分在截止区，于是出现了双向失真。

换一种说法，也可以解释为放大信号同时出现了饱和失真和截止失真。

产生双向失真有三种可能：

1．输入电压幅度过大

2．VCC过小

3．RC大小不合适

可通过减小输入信号幅度、增大VCC或者调节RC使电路有一个合适的静态工作点以消除双向失真

（4）交越失真

输入信号Ui在0~Ube之间变化时，不足以克服死区电压，三极管不导通，此时在正、负半周交替过零处会出现一些非线性失真，这个失真称为交越失真。

这种失真通常出现在通过零值处。

解决交越失真办法：

可给三极管稍稍加一点偏置，让管子工作在临界导通或微导通状态，使之工作在甲乙类。

（5）非对称失真

非对称失真亦称非线性失真、波形失真、非线性畸变，表现为系统输出信号与输入信号不成线性关系

由三极管特性曲线的非线性所引起，使输出信号中产生新的谐波成分，改变了原信号频谱。

包括谐波失真、瞬态互调失真、互调失真等。

可采用负反馈，减小环内的非线性失真。

解决方案及比较：

基本题部分

（1）顶部失真

调节电位器，使静态工作点上移。

对于射极偏置电路，方法是增加基极的电压。

（2）底部失真

调节电位器，使静态工作点下移。

对于射极偏置电路，方法是减小基极的电压。

（3）双向失真

1．减小输入信号

2．增大VCC

3.调整RC

4.换晶体管

相较来说，减小输入信号幅度是一种较为容易的解决双向失真的方法，但在工程上，实际输入信号的幅度往往是不可更改的，这个时候就需要采取其他的方法解决失真

射极偏置电路：

我们可以知道对于射级偏置电路，当静态工作点太低时，导致输出波形失真，则为截止失真；

当静态工作点太高时，导致输出波形失真，则为饱和失真；

当输入信号太大时，可能使被放大的信号同时在饱和区与截止区，这就产生了双向失真。

为了消除失真，我们需要改变工作点，可以通过改变分压电阻Rb1/Rb2的比值来实现，也可以通过改变射极电阻阻值实现，但是因为射极电阻又是反馈回路，对三极管增益有很大影响，因此我们通过改变分压电阻的方法来实现。

为了消除顶部失真，需要提高静态工作点，可以通过减小Rb1的阻值实现；

为了消除底部失真，需要降低静态工作点，可以通过增大Rb1的阻值实现；

为了消除双向失真，需要减小输入信号，可以通过在输入端串联电阻实现。

（4）交越失真

交越失真是在分析电路时把三极管的导通电压看作零，当输入电压较低时，因三极管截止而产生的失真。

与一般放大电路相同，消除交越失真的方法是设置合适的静态工作点，使得三极管在静态时微导通。

对于工作在乙类OCL功放电路而言：

当输入信号Ui在0~Ube之间变化时，不足以克服死区电压，三极管不导通，此时在正、负半周交替过零处会出现一些非线性失真，这个失真称为交越失真。

这种电路并不能使输出波形很好地反映输入的变化，由于没有直流偏置，管子的iB必须在UBE大于某一个数值（即导通电压，NPN硅管约为0.7V，PNP锗管约为0.3V）时才有显著变化。

当输入信号vi低于这个数值时，T1和T2都截止，ic1和ic2基本为零，负载RL上无电流通过，出现一段死区。

解决方法1：

甲乙类双电源互补对称放大电路

由图可见，T3组成前置放大级（注意，图中未画出T3的偏置电路），T1和T2组成互补输出级。

静态时，在D1、D2上产生的压降为T1、T2提供了一个适当的偏压，使之处于微导通状态。

由于电路对称，静态时iC1=iC2，IL=0,vo=0。

有信号时，由于电路工作在甲乙类，即使vi很小（D1和D2的交流电阻也小），基本上可线性地进行放大。

特点：

（1）静态时，三极管微导通，给三极管稍加了一点偏置，iC1=iC2,io=0，电路工作在甲乙类。

静态时M点电位为零。

（2）不易调整偏置。

解决方法2：

甲乙类双电源互补对称放大电路2

在此图中，流入T4的基极电流远小于流过R1、R2的电流，则由图可求出UCE4=UBE4（R1+R2）/R2因此，利用T4管的UBE4基本为一固定值（硅管约为0.6~0.7V），只要适当调节R1、R2的比值，就可改变T1、T2的偏压值。

这种方法，在集成电路中经常用到。

由于流入T4管的基极电流很小，流经R1电阻和R2的电流近似相等，有

对于T4管，其发射结的导通电压基本稳定（如硅管约0.7V，锗管约0.3V）,所以有

微调R1和R2的比值，就可以得到满意的T1、T2管的偏压值。

调整R1、R2、T3参数，使R1和R2中间点的电位近似为0。

解决方法3：

单电源互补推挽功率输出级（OTL）

T3—共射激励级，做电压放大

T1T2—互补推挽输出级

T4T５—输出过载保护

静态时：

UC1=VCC/2,uo=0,

Ue=VCC/2，Re1和Re2.反馈电阻，Re1=Re2.

动态时：

1）Ui负半周时，T3输出为正半周，T1导通，形成io1.

2）Ui正半周时，T3输出为负半周，C1作辅助电源，T2导通，形成io2.

正常时：

Re1和Re2.压降很小，T4T5管截止；

负载输出电流过大时：

Re1和Re2.反馈电压使保护管T4T5管导通，形成电流并联负反馈，流入T1T2管基极电流即净电流减小，所以输出电流受到了抑制，起到了自动保护功放管T1T2的目的。

该方法采用一个电源的互补对称原理电路，图中的T3组成前置放大级，T2和T1组成互补对称电路输出级。

在输入信号Ui=0时，一般只要R1、R2有适当的数值，就可使IC3、UB2和UB1达到所需大小，给T2和T1提供一个合适的偏置，从而使K点电位UK=UC=VCC/2。

当加入信号vi时，在信号的负半周，T1导电，有电流通过负载RL，同时向C充电；

在信号的正半周，T2导电，则已充电的电容C起着双电源互补对称电路中电源-VCC的作用，通过负载RL放电。

只要选择时间常数RLC足够大（比信号的最长周期还大得多），就可以认为用电容C和一个电源VCC可代替原来的+VCC和-VCC两个电源的作用。

值得指出的是，采用一个电源的互补对称电路，由于每个管子的工作电压不是原来的VCC，而是VCC/2，即输出电压幅值Uom最大也只能达到约VCC/2，所以前面导出的计算Po、PT、和PV的最大值公式，必须加以修正才能使用。

修正的方法也很简单，只要以VCC/2代替原来的公式中的VCC即可。

静态分析：

T1和T2对称，Co两端的电压为UC