模电交越不对称相位失真等等的研讨.docx

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模电交越不对称相位失真等等的研讨

模拟电子技术研究性教学

失真放大电路的研究

班级：

自动化1104

小组成员：

贺瑶函

张小维

张慧

指导教师：

日期：

一．引言   

我们知道，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。

在模拟电子技术中放大电路，我们把某一输入信号（连续信号）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．本文全面的总结了放大电路中的常见的失真，给出了每种失真的具体电路，并给出了改进失真的办法。

并用multisim仿真，直观地显示了各种失真的输出变化。

二．失真的分类

   放大器产生失真的原因主要有2个：

   ①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，这样产生的失真称为非线性失真．

②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，这样产生的失真成为线性失真．

因此，放大器失真电路可以分为两类：

非线性失真和线性失真。

非线性失真产生的主要原因来自2方面：

1.晶体管等特性的非线性；

2.静态工作等位置设置的不合适或输入信号过大．

由于放大器件工作在非线性区而产生的非线性失真有五种：

饱和失真、截止失真、双向失真、交越失真和不对称失真。

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．这样，当输入信号是非正弦波时，即使电路工作在线性区，也会产生失真，称为线性失真。

三．非线性失真

非线性失真的特点：

输入正弦信号，输出将变成非正弦信号．而该非正弦信号是由基波和一系列谐波组成的。

常见的非线性失真有五种：

饱和失真、截止失真、双向失真、交越失真和不对称失真。

1.饱和失真、截止失真、双向失真。

1.失真的原理

晶体管，效应管是非线性元件，在它们的输出曲线（见图1）上只有一段区域是线性的。

我们通过设置静态工作点，使晶体管，效应管工作在线性区域。

但是，有可能静态工作点太高，或者太低，或者是输入信号太大，使输出信号发生失真；

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。

当输入信号太大时，我们知道，大部分放大电路的输入信号是直流叠加上一个交流。

因此，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。

图1晶体三极管的输出特性曲线

2.失真的电路图

我们知道饱和失真、截止失真、双向失真能在一个电路中出现，因为饱和失真、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，因此，我们可以用射极偏置电路来实现着三种失真。

图2射极偏置电路

图3饱和失真输入输出电压波形

图4截止失真输入输出电压波形

图5饱和与截止失真

图6双向失真输入输出电压波形

3.消除失真的方法

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．交越失真。

1.失真的原理

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。

图7交越失真输入输出电压波形

2.失真的电路图

乙类偏置电路：

图8交越失真的电路图

我们通过对电路的静态直流分析，得到静态工作点，见图9.

图9交越失真电路的静态工作点分析图图10交越失真现象

3.去除失真的方法

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。

图11改进后的交越失真电路图12仿真电路

图13改进后的交越失真电路静态工作点分析图14改进后的波形

3.不对称失真

1.失真的原理：

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.

图15不对称失真输入输出电压波形

2.失真的电路原理图；

电路原理图：

图16不对称失真电路图17（正弦信号）不对称失真波形

图18（矩形波信号）不对称失真波形

3.改进失真的原理：

采用负反馈，减小环内的非线性失真。

我们采用交流电压串联负反馈。

电路图:

图19不对称失真电路改进电路图20不对称失真电路改进后的波形

4.不对称失真

（二）

1.失真的原理　

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.

上面的不对称失真电路由于输入信号太弱，而且有些元件没有买的。

因此，我又设计了一个不对称失真电路。

2.失真的电路原理图

电路原理图：

图21失真电路图22失真波形

3.改进失真的原理

采用负反馈，减小环内的非线性失真。

我们采用交直流混合电流并联负反馈。

电路图:

图23改进后的电路图24改进后的波形

四．线性失真

1.相位失真：

（1）失真原理

由于电路中有源器件的等效电容（结电容），电路中的电感，电容使信号在传输和放大过程中发生了时间延迟，即相位的延迟。

（2）失真的电路图

失真电路图：

图25相位失真电路

我们运用multisim波特仪仿真电路相位特性，得到如下：

图26用彼特仪得到的幅频特性图图27用彼特仪得到的相频特性

为了显示效果，我们采用输入信号为矩形波，来观察相位失真，结果如下：

图28矩形波的失真波

（3）改进失真的原理

去除失真的方法：

采用深度负反馈，减小电阻，除去电容。

电路图为：

图29改进后的电路原理图

我们运用multisim波特仪仿真电路相位特性，得到如下：

图30用彼特仪得到的幅频特性图31用彼特仪得到的相频特性

为了显示效果，我们采用输入信号为矩形波，来观察相位失真，结果如下：

图32改进相位失真后的波形

2.运放失真：

（1）双向失真的电路图

图33双向失真电路

图34双向失真的波形

（2）顶部、底部失真的电路图

图35失真的电路图

图36底部失真的波形

图37底部失真的波形

五．结论与总结

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。

六．参考文献

[1]张勇,郝宁眉.Multisim在单管放大电路分析教学中的应用[J].电脑知识与技术.2009（31）

[2]肖渊.基于Multisim的放大电路设计及仿真研究[J].陕西科技大学学报（自然科学版）.2009（04）

[3]李健明,彭仁明.基于Multisim放大电路的仿真分析[J].四川理工学院学报（自然科学版）.2006（04）

[4]卢超.负反馈放大电路的仿真分析[J].现代电子技术.2005（16）

[5]雷芳,曾浩.Multism在电子电路教学中的应用[J].科技资讯.2007（25）