北京交通大学模电实验报告.docx

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北京交通大学模电实验报告

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

学院：

专业：

学生姓名：

学号：

任课教师：

佟毅

2014年05月30日

1

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。

3、附加部分

（1）设计一频率范围在20Hz～20kHz语音放大器。

（2）将各种失真引入语音放大器，观察、倾听语音输出。

4.失真研究

（1）由单电源供电的运算放大器电路会出现哪种失真？

（2）负反馈可解决波形失真，解决的是哪类失真？

（3）测量增益带宽积fT有哪些方法？

（4）提高频率后若失真，属于哪类失真？

（5）电阻负载改成大容性负载会出现什么失真？

（6）有哪些方法可以克服电阻负载改成大容性负载出现的失真？

（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？

为什么？

（9）归纳失真现象，并阐述解决失真的技术。

2实验目的与知识背景

2.1实验目的

（1）、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。

（2）、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。

（3）、具备通过现象分析电路结构特点——提高改善电路的能力。

2.2知识点

（1）.截止失真、饱和失真、双向失真、交越失真等。

（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。

3实验过程

3.1选取的实验电路及输入输出波形

1、基本要求：

（1）截止失真、饱和失真、双向失真实验电路图：

输出波形：

顶部失真底部失真

双向失真

（2）交越失真实验电路图：

输出波形：

失真波形改善波形

2、发挥部分：

（1）不对称失真实验电路图：

输出波形：

失真波形改善波形

（2）LM324n增益带宽积测量电路：

测量过程：

放大倍数：

Au=16.85/0.18=94

上截频：

9.0kHz

fT=94*9=846kHz

（4）容性负载失真电路设计：

输出波形：

阻抗负载容抗负载

改善电路

3.2每个电路的讨论和方案比较

（在实验过程中遇到的问题包括自拟构思的问题、产生原因、解决方法。

）

1、基本部分:

（1）双向、饱和、截止失真的原理分析

a、截止失真原理分析

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；锗管为）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，而在实际应用中，我们会遇到各种各样的信号需要放大，有较强的信号，有较弱的信号，也有反向的信号，根据PN节的特性，当加到发射结上的信号为较弱的信号（小于开启电压），或者是反向信号时，发射结是截止的，三极管不能起到放大的作用，输出的信号，也会出现严重的失真，此种失真称为截止失真。

如图（三极管的输出特性曲线）所示，此时，晶体三极管工作在三极管输出特性曲线的截止区，呈现截止失真现象。

图三极管的输出特性曲线

b、饱和失真原理分析

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：

1）.当集电结加反向电压时，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。

2）.当集电极加正向电压，集电极正偏。

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。

可见，饱和失真时晶体三极管工作在输出特性曲线的饱和区，输出信号呈现饱和失真。

3）.当集电结所加电压为零，即=0时，三极管处于饱和放大的临界状态。

c.双向失真原理分析

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。

解决方法：

i.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。

ii.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。

iii.双向失真：

减小输入信号或者换晶体管。

（2）交越失真产生原因：

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。

2、发挥部分

（1）不对称失真产生原因：

三极管输出特性曲线在放大区并不是严格线性的，因此会造成输出波形波峰波谷幅度不一致。

解决方法：

采用负反馈，减小环内非线性失真。

（2）容性负载失真原理：

负载改为电容时所产生的失真是线性失真，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．当放大电路中的负载为容性负载时，它对不同频率的输入信号所产生的增益和相移不同，因此产生了相位失真。

解决方法：

增大负反馈。

3、附加部分

（1）语音放大器设计：

扬声器

前置放大器为共射击放大电路，有源滤波器由RC电路构成，功率放大器为差分放大电路。

（2）将各种失真引入语音放大器，观察、倾听语音输出。

可以进入饱和、截止、双向失真，及交越失真，主要影响的是输出信号的频率及响度。

4总结与体会

4.1通过本次实验那些能力得到提高，那些解决的问题印象深刻，有那些创新点。

实验是将理论与实践结合的最佳途径，实验的过程中首先通过对问题的分析，选取合适的理论电路，计算满足题目要求的具体电路参数，并对电路进行仿真实验，不断修正其参数，得到最终可实现实验目的的恰当参数，然后再动手进行电路焊接，验证其是否满足要。

但在具体的实验操作中，总会出现一些不确定的问题，比如说在交越失真电路设计的过程中，软件仿真的电路可以实现，但焊接成实际电路后，三极管在接入直流电源后就烧掉了，一开始以为是三级管的问题，因为其参数标称击穿电压为25V，而实际电压只有24V，后来发现是与其并联的电阻过小，导致基级电压过高，使三级管击穿；换用更大的电阻后问题就解决了。

一开始做实验时，有些盲目，遇到问题后总不知道如何解决，到处询问也不能得到解答，最后还是通过对书上的内容进行研究，问题才得以解决，比如不对称电路中，输入信号较高时，输出信号会出现双向失真，一部分原因是电路参数选择不尽合理，另一部分原因是查分放大电路本身的特性，放大倍数本身就较大；此外，不对称失真的原因并不是由于电路参数不对称造成的，而是三极管本身的放大特性曲线并不是严格线性的，上下幅度本身就存在着不对称的特性；而这些知识，都在课本中有所提及，而实验的过程使我更深刻的理解了其中的原理，而不是为了考试而机械性的去记忆，这也是本次实验中我印象最深刻的。

此外，这次实验最大的收获就是掌握了比较具体的分析问题，解决问题的能力。

出现问题，首先通过假设的方法一步步排除，最终的到具体出错的环节，通过所学的知识，找到解决方法，如果还找不出原因，就要去查阅相关的资料，充实自己。

4.2对本课程的意见与建议

每年的课题重复性太大，很多都有现成的电路，很大程度上制约了同学们一开始的设计环节的发挥，希望课程组能对题目进行一些优化，减少题目的数量而提高题目的质量，附加部分可以出一些比较新颖的题目，供同学们选择。

5参考文献

[1]侯建军.电子技术基础实验.高等教育出版社，2007

[2]路勇.模拟集成电路基础[M].北京:

中国铁道出版社,2012.

[3]张巍.晶体三极管放大电路的非线形失真及其解决办法[J].中小企业管理与科技,2009