放大电路的失真研究

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：放大电路的失真研究学院：电子信息工程学院专业：学生姓名：学号：任课教师：2016年6月1日1目录1．实验内容与要求（1）实验目的（2）基本要求2．实验方案比较及论证（1）任务分析查找资料信息及过程文字说明及理论计算（2）方案比较基本原理阐述至少两种解决方案（3）具体电路设计完整的电路原理图及文字说明3．电路制作及测试（1）制作过程（2）测试方法（3）测试数据（表格）（4）数据分析（5）遇到的问题与解决方法（6）对电路的改造与创新4．总结(１)本人所做工作及组员之间合作情况(２）收获与体会(３)对本课程的建议5．参考文献21实验内容与要求（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——针对工程问题，收集信息、查阅文献、分析现有技术的特点与局限性,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——依据解决方案，实现系统或模块，在设计实现环节上体现创造性。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——对设计系统进行功能和性能测试，进行必要的方案改进，提高改善电路的能力。（2）基本要求（1）输入一标准正弦波，频率2kHz，幅度50mV，输出正弦波频率2kHz，幅度1V。（2）输入一标准正弦波，输出波形失真且失真的种类有顶部失真，底部失真，双向失真。（3）输入一标准正弦波，其输出波形为交越失真。（4）输入一标准正弦波，其输出波形为非对称失真。2．实验方案比较及论证对于第一个电路（1）任务分析首先设计第一个电路，即射极偏置电路，我们用的是npn三极管，通过改变滑动变阻器的阻值从而改变电路的静态工作点，当静态工作点过低处在截止区时会出现顶部失真，当静态工作点过高出于饱和区时会出现底部失真，当静态工作点在正常范围内会输出正常波形。双向失真是指即在三极管输出特性曲线的饱和区失真又在截止区失真，三极管有饱和状态又有截止状态，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中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大导致三极管在放大时出现了双向失真。所以同一个电路只要扩大输入电压幅值就可以输出双向失真波形。3查找资料信息及过程：我们先是看了ppt给的提示，然后还查找了《模拟集成电路基础》然后还参考了《电子技术基础实验、综合设计实验与课程设计》.（2）方案比较失败的方案：失败原因：这个方案过于繁琐，而且由于电阻过多导致放大倍数不够输出的波形不理想，后来我们把不必要的电阻和电容去掉了，使电压增益符合了要求。4最终成功的方案：（3）具体电路设计当静态工作点过低处在截止区时会出现顶部失真，当静态工作点过高出于饱和区时会出现底部失真，当静态工作点在正常范围内会输出正常波形。信号源输入的信号过大时会出现双向失真。具体电路图如上图所示。5对于第二个电路（1）任务分析交越失真是由于晶体管的门限电压（即死区电压）而产生，当三极管工作在乙类互补推挽功率放大电路时，由于输入回路没有加基极偏流，而管子的ib必须在Ube大于一定数值(即门限电压，硅管约0．7V)后才有显著地增加。所以在输入信号电压很低的时候，晶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。为了克服交越失真的影响，设计出甲乙类互补推挽功率放大电路。通过二极管的压降0.7V克服交越失真。查找资料信息及过程：我们先是看了ppt给的提示，然后还查找了《模拟集成电路基础》然后还参考了《电子技术基础实验、综合设计实验与课程设计》.（2）方案比较失败的方案：错误原因：这个方案我们仿真的时候没有问题，但是焊完了板子之后只工作了一天，第二天检查的时候就烧掉了，我们考虑应该在三极管集电极上串联电阻，避免由于电流过大而烧坏电路。6成功的方案：（3）具体电路设计电路如上图所示，断开开关，由于两个二极管的0.7V压降作用会克服死区电压，从而克服交越失真，连接开关二极管会被短路，由于三极管有死区电压所以在输入小信号时会出现输出为零的情况即会出现交越失真波形。第三个电路（1）任务分析不对称失真是由电路不对称,而使输出信号的正、负半周不对称所造成的失真。我们采用三个NPN型三极管与反馈电路，将正弦波X轴之上的部分减小，整合为负值，使输出的波形出现不对称失真。文件参考来自课件PPT，《模拟集成电路基础》，与《电子技术基础实验、综合设计实验与课程设计》。（2）方案比较失败方案7失败原因：反馈不应该接在基极上而应该接在集电极上，后来我们改进了电路。成功方案这个电路Multisim仿真没有问题，但是实际焊之后失真并不明显，所以我们把基极的电阻改成了100K欧姆。（3）具体电路设计不对称失真是由电路不对称导致放大倍数不同,而使输出信号的正、负半周不对称所造成的失真，引入反馈后可以消除不对称失真。具体电路如上图所示。3．电路制作及测试第一个电路（1）制作过程：设计电路图，用Multisim仿真，焊板子，测试实验。（2）测试方法：，用Multisim仿真和板子的测试实验。（3）测试结果：用Multisim滑变电阻器阻值调节为32%时会输出正常的放大的正弦波形，当输入0.05V时，输出的正弦波幅值为0.946898V（大约为1V）。仿真结果如下图所示：8顶部失真9底部失真10双向失真正常波形11表格失真类型电压滑动变阻器阻值（百分比）顶部失真0.3v50%双向失真0.6v32%底部失真0.3v25%正常波形0.3v32%12（4）数据分析输入2KH，0.3V左右的电压，随着调节滑动变阻器阻值由小变大，IBQ的值就会从大变小，波形就会从截止失真到正常波形到底部失真。当输入信号变大为0.6V时，正常的波形就会变成双向失真。（5）遇到的问题与解决方法遇到放大增益不合适的问题，改变阻值解决。（6）对电路的改造与创新在原有失败的电路上去掉了没用的电阻和电容。扩大了增益使增益符合要求，也使电路更稳定。13第二个电路（1）制作过程：设计电路图，用Multisim仿真，焊板子，测试实验。（2）测试方法：，用Multisim仿真和板子的测试实验。（3）测试结果：失真波形14克服失真波形15表格开关失真开无关有（4）数据分析断开开关，由于两个二极管的0.7V压降会克服三极管的死区电压，从而克服交越失真，连接开关二极管会被短路，会出现交越失真波形。（5）遇到的问题与解决方法电路被烧毁。加了两个电阻解决。（6）对电路的改造与创新在原有的甲乙类互补推挽放大电路的基础上加了开关和电阻。使开关可以控制失真与否，电阻可以防止电路被烧，保护电路。第三个电路（1）制作过程设计电路-用MUTILISIM仿真-制作实物-进行测试（2）测试方法用Multisim仿真和板子的测试实验。（3）测试数据（表格）16表格开关状态失真与否高低电平幅值只差与峰峰值之比开不对称失真10.24%关不失真1%正常（加入反馈的电路）波形17失真波形（4）数据分析引入反馈可以克服失真。在未引入反馈时由于差分放大电路的不对称会使电路放大增益不同，刚开始10K欧姆的时候不对称失真大概只可以达到6%，后来我们换成了100K欧姆的电阻，高电平与低电平绝对值的差值为0.21V，峰峰值为2.05V，不对称失真可以达到10.24%，而且引入反馈后我们的差值与峰峰值的比可以控制在1%左右。18（5）遇到的问题与解决方法在Multisim仿真时我们很多电路都可以成功，但是真正焊出来的时候大部分的电路都出不来理想的波形，我们以前设计的基极接的电阻10k欧姆出来的不对称失真不明显，所以我们在后来调试的过程中把电路改成了100K欧姆。4．总结(１)本人所做工作及组员之间合作情况本人所做工作：合作完成三个电路图的设计，自己完成第一个电路与第二个电路的Multisim仿真，焊第一个电路并测试。报告的基础部分实验的撰写。合作完成了三个电路的测试。组员合作情况：我们三个合作完成了这三个实验电路图的设计，我负责焊完了第一个实验电路，张小绿焊完了第二个和第三个实验电路，我们三个一起进行了实验的测试，我负责了基础部分的实验Multisim仿真，某某某完成了拓展部分的Multisim仿真。报告的基础部分实验由我撰写，拓展部分由某某某撰写。(２）收获与体会这次的实验让我收获颇丰，无论是实践方面还是理论方面都有了很大的提高，而且对于Multisim的软件使用也越来熟练。首先我们得根据要求我们输出的失真波形设计电路，这就要求我们得有扎实的基本功才能设计出相应的电路，我对于三极管的射极偏置电路有了更深入的了解，而且对于三极管的静态工作点和工作状态有了更深入的研究，我还复习了甲类，乙类互补推挽，甲乙类互补推挽功率放大电路。对于交越失真和如何克服交越失真有了更好的了解。在设计拓展电路时我复习了负反馈方面的知识。在实践方面真的是经历了各种失败，各种推翻再重新仿真试验。很多时候虽然在Multisim仿真可以出来正常的波形和失真的波形，但是焊出来板子之后试验却不能达到预期的效果，我们都不知道到底是我们焊板子焊错了还是本身电路的问题，甚至偶尔都不是这些问题而是仪器的问题，但是我们需要一遍一遍检查我们的电路是不是焊的出现问题出现短路或断路了，刚开始焊的时候确实出现了各种问题，有的时候忘了焊某一条通路整个波形都无法出来，经过改正后也未必能出来波形，有的时候实验就是这样，Multisim仿真都对焊的板子也对，可是就是无法出来波形，这个时候我们就需要推翻之前的电路重新设计一个电路焊，有的时候示波器还不好使我们需要更换好几个地方去测试。真的是经历了重重困难然而好好的板子说烧就烧，交越失真的电路我们设计的不够考虑周到，只是考虑了它的输出可以输出失真和正常波形实验成功后第二天待检验的时候就烧掉了，那个时候真的是心碎到无法呼吸。但是经历了各种失败后我发现我们在焊板子，板子的设计方面做得更得心应手了，我们19在测试板子上有了更多的经验。我发现很多时候刚开始接触一个东西什么都做不出来的时候很崩溃，好不容易做出来的东西被烧坏更崩溃，可是经历过这些之后的成果真的很让人欣喜。很多东西都是感觉难的不行一点头绪都没有可是挺过去之后就会茅塞顿开收获不少。(３)对本课程的建议我觉得本课程的设计思路非常好，但是如果能做到硬件的总够支持就更好了。首先我发现实验室的个别仪器在实验的时候不是特别好使，特别是示波器这一方面，有一次我们明明实验是可以输出交越失真波形的电路但是第二天再去测试的时候怎么调试示波器波形都不对，我们还以为是板子出了问题，还好后来去另一个实验室试了一下成功了。而且我觉得输入50mv的时候Multisim仿真还可以，但是真正实验的时候效果就出不来了，我觉得可以把输入调大一点调成0.3V就好。还有我觉得科协卖的开关不太好，根本有的都用不着六个脚，可以卖点简单的开关还好焊。还有如果以后学校能给提供器件就好了，科协有的时候不开门。5．参考文献[1]路勇.《模拟集成电路基础》.中国铁道出版社[2]刘颖.《模拟电子技术》清华大学出版社北京交通大学出版社[3]侯建军.《电子技术基础实验、综合设计实验与课程设计》高等教育出版社[4]放大电路的失真研究ppt北京交通大学电工电子实验教学示范中心