失真放大电路实验报告.docx

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失真放大电路实验报告

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：

失真放大电路的研究

一、实验题目及要求

1．基本要求

（1）输入一标准正弦波，如图1（a），频率2KHz，幅度50mV，输出正弦波频率2KHz，幅度1V。

（2）图1（b）是电路输出波形，若达到要求，如何设计电路，并修改。

（3）图1（c）是电路输出波形，若达到要求，如何设计电路，并修改。

（4）图1（d）是电路输出波形，若达到要求，如何设计电路，并修改。

（5）输入一标准正弦波，频率2KHz，幅度5V，设计电路使之输出图1（e）输出波形，并改进。

2.发挥部分

（1）图1（f）是电路输出失真波形，设计电路并改进。

（2）任意选择一运算放大器，测出增益带宽积fT。

并重新完成前面基本要求和发挥部分的工作。

（3）将运算放大器连接成任意负反馈放大器，要求负载2kΩ,放大器的放大倍数为100，将振荡器频率提高至fT/100的95%，观察输出波形是否失真，若将振荡器频率提高至fT/100的110%，观察输出波形是否失真。

（4）放大器的放大倍数保持100，将振荡器频率提高至fT/100的95%或更高一点，保持不失真放大，将纯阻抗负载2kΩ替换为容抗负载20F，观察失真的输出波形。

（5）改善发挥部分（4）的输出波形不失真，设计并完成电路。

（6）其他失真研究

二、实验过程

.1.基本要求

（1）输入一标准正弦波，如图1（a），频率2KHz，幅度50mV，输出正弦波频率2KHz，幅度1V。

分析知道，满足要求的电路很多，我们可以采用射级偏置电路：

（2）设计电路使电路输出波形为图1（b），（c），（d），并改进。

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。

射级偏置电路原理图

顶部失真双向失真

底部失真正常波形

不失真图

截止失真

饱和失真

双向失真

（5）设计电路使电路输出波形为图1（e），并改进。

分析知道，此输出波形为交越失真。

我们可以采用乙类功率放大器，改进时使用甲乙类功率放大器。

交越失真及改进后的电路图

交越失真交越失真改进后的波形

交越失真

消除交越失真

2.发挥部分

（1）设计电路使电路输出波形为图1（f），并改进。

图1（f）是电路输出失真波形，设计电路并改进。

不对称失真是由电路不对称,而使输入信号的正、负半周不对称,这种失真称为不对称失真.

不对称失真电路图

不对称失真改进后电路图

不对称失真不对称失真改进后波形

不对称失真

消除不对称失真

（2）选择一运算放大器，测出增益带宽积fT。

并重新完成前面基本要求和发挥部分的工作。

a.增益带宽积表示增益和带宽的乘积，因此，我们测量增益带宽积fT时，可以根据定义来测量，即先测量中频增益，然后测量带宽。

增益带宽积测量电路

用示波器测得带宽为：

12kHZ，中频增益为100dB

fT=12k*100=1200kHZ

图2-16容性负载失真

三、失真研究

1通过图1（b）、（c）和（d）的失真设计，讨论产生失真的机理，阐述解决问题的办法。

（1）.双向饱和截止失真的原理分析

a.截止失真原理分析

当静态工作点太低时，导致输出波形失真，则为截止失真；

b.饱和失真原理分析

当静态工作点太高时，导致输出波形失真，则为饱和失真；

c.双向失真原理分析

而双向失真是由于输入信号太大造成的。

射解决方法：

截止失真：

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。

既是减小Rb1或者增大Rb2.

饱和失真：

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。

既是增大Rb1或者减小Rb2.

双向失真：

减小输入信号或者换晶体管。

（2）通过图1（e）的失真设计，讨论产生失真的机理，阐述解决问题的办法。

d.交越失真原理分析

失真的机理：

交越失真是乙类推挽放大器所特有的失真.在推挽放大器中,由2只晶体管分别在输入信号的正、负半周导通,对正、负半周信号进行放大.而乙类放大器的特点是不给晶体管建立静态偏置,使其导通的时间恰好为信号的半个周期.但是,由于晶体管的输入特性曲线在VBE较小时是弯曲的,晶体管基本上不导通,即存在死区电压Vr.当输入信号电压小于死区电压时,2只晶体管基本上都不导通.这样,当输入信号为正弦波时,输出信号将不再是正弦波,即产生了失真..因此在正、负半周交替过零处会出现一些失真，这个失真称为交越失真。

解决方法：

消除交越失真的办法是给晶体管建立起始静态偏置,使它的基极电压始终不小于死区电压.为了不使电路的效率明显降低,起始静态偏置电流不应太大.这样就把乙类推挽放大器变成了经常使用的甲乙类推挽放大器.

在上述电路中，我们可以改变静态工作点，加大电阻阻值，产生0.7V压降的静态工作点电压，使输入信号即使为0是，三极管也工作在线性区域。

既是甲乙类功率放大器。

（3）通过图1（f）的失真设计，讨论产生失真的机理，阐述解决问题的办法。

e.不对称失真

失真的机理：

不对称失真是差分输入电路和乙类互补推挽功率放大电路所特有的失真。

在差分电路中，由于电路结构的不对称，使两个三极管对信号的放大倍数不相同而引起的。

在乙类互补推挽功率放大电路，它是由于推挽管（NPN管和PNP管）特性不对称，而使输入信号的正、负半周不对称造成的。

解决方法：

采用负反馈，减小环内的非线性失真。

四．归纳失真现象

失真现象：

截止失真，饱和失真，双向失真，交越失真，不对称失真

我们知道，所有电路相当于一个特定的数学运算，放大电路实现一种幅度变化运算。

对于理想的的放大电路，其输出信号应当如实的反映输入信号，即他们尽管在幅度上不同，但波形应当是相同的．但是，在实际放大电路中，由于种种原因，输出信号不可能与输入信号的波形完全相同，产生了失真．

非线性失真是放大器件的工作点进入了特性曲线的非线性区，使输入信号和输出信号不再保持线性关系而产生的失真．常见非线性失真有五种：

饱和失真、截止失真、双向失真、交越失真和不对称失真。

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。

饱和失真、截止失真是由于静态工作点选择不合适造成的，而双向失真是由于输入信号太大造成的。

它的改进方法：

饱和失真：

使静态工作点下移。

对于射极偏置电路，方法是增加基极的电压。

截止失真：

使静态工作点上移。

对于射极偏置电路，方法是减小基极的电压。

双向失真：

减小输入信号或者换晶体管。

交越失真是在乙类功率放大器（图8）中，当输入信号变化时，不足以克服三极管的死区电压，三极管不导通电。

在正、负半周交替过零处会出现一些失真。

它的改进方法：

去除失真的原理：

我们可以改变静态工作点，加大电阻阻值或者加两个二极管，产生0.7V压降的静态工作点电压，使没有输入信号，三极管也工作在线性区域。

既是甲乙类功率放大器。

不对称失真，就是由于工艺等因素，导致电路不对称使输出信号的正负半周信号幅度、波形，与输入信号不一致。

它的改进方法：

我们可以采用负反馈，减小反馈环内产生的非线性失真。

线性失真是放大器的频率特性不好，对输入信号中不同频率成分的增益不同或延时不同而产生的失真．线性失真是由于放大电路中有隔直流电容、射极旁路电容、结电容和各种寄生电容，使得它对不同频率的输入信号所产生的增益及相移是不同的．常见的线性失真是相位失真。

五、总结与体会

我们知道，放大电路相当于一个特定的线性数学运算。

使用模拟电子技术中放大电路，把某一输入模拟信号经过一个电路，进行在幅度上放大，然后输出。

对于理想的的放大电路，其输出信号应当如实的反映输入信号，即他们的频谱成分应该相同，仅仅是幅度不同（看起来就是形状相同，幅度不同）。

但是，在实际放大电路中，由于种种原因，输出信号不可能与输入信号的波形完全相同，这就是电路产生了失真的缘故。

失真分为线性失真和非线性失真。

非线性失真是放大器件的工作点进入了特性曲线的非线性区，使输入信号和输出信号不再保持线性关系而产生的失真。

常见非线性失真有五种：

饱和失真、截止失真、双向失真、交越失真和不对称失真。

晶体管的静态工作点设置较低时，由于输入信号的叠加有可能是叠加后的波形一部分进入截止区，这样就会出现截止失真，共射极放大电路的截止失真的表现是输出电压的顶部出现削波；果是输入信号的正半周超出了动态范围，那么就会进入晶体管的饱和区，造成饱和失真，对应的输出信号由于相位差180度的原因，所以输出信号的负半周的波形失真。

饱和失真、截止失真是由于静态工作点选择不合适造成的，而双向失真是由于输入信号太大造成的。

它的改进方法：

饱和失真：

使静态工作点下移。

对于射极偏置电路，方法是增加基极的电压。

截止失真：

使静态工作点上移。

对于射极偏置电路，方法是减小基极的电压。

双向失真：

减小输入信号或者换晶体管。

交越失真是在乙类功率放大器中，由于晶体管的门限电压不为零，比如一般的硅三极管，NPN型在0.7V以上才导通，这样在0~0.7就存在死区，不能完全模拟出输入信号波形，PNP型小于-0.7V才导通，比如当输入的交流的正弦波时，在-0.7~0.7之间两个管子都不能导通，输出波形对输入波形来说这就存在失真，即为交越失真。

使用二极管改变静态电平可以消除交越失真。

不对称失真，就是由于差分放大三极管参数不同等因素，导致电路不对称使输出信号的正负半周信号幅度、波形，与输入信号不一致。

它的改进方法：

我们可以采用负反馈，减小非线性失真。

通过本次试验，学习到了电路实践中因为种种因素导致的放大非线性失真。

学会了基本的设计、分析如何消除电路的失真现象以及失真的产生原因。

将实践与理论结合起来，收获颇丰。

参考文献

[1]路勇.模拟集成电路基础[M].北京:

中国铁道出版社,2012.

[2]（日）铃木雅臣,周南生（译）.晶体管电路设计（上）[M].北京:

科学出版社,2004.

[3]王冠华.Multisim11电路设计及应用[M].北京:

国防工业出版社,2010.