失真放大电路

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：失真放大电路学院：专业：学生姓名：学号：任课教师：2013年5月31日国家电工电子实验教学中心模拟电子技术实验实验报告目录实验题目：失真放大电路..............................................................01实验题目及要求........................................................................12实验目的与知识背景................................................................12.1实验目的............................................................................12.2知识点................................................................................13实验过程....................................................................................33.1选取的实验电路及输入输出波形.....................................33.2每个电路的讨论和方案比较...........................................103.3分析研究实验数据...........................................................114总结与体会..............................................................................124.1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。...........................................................124.2对本课程的意见与建议...................................................125参考文献..................................................................................13国家电工电子实验教学中心模拟电子技术实验实验报告11实验题目及要求实验题目：失真放大电路要求：给出不同输出波形失真现象，逆向设计放大电路并改进；归纳模拟电子技术放大电路失真问题和解决方法。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；饱和失真、截止失真是由于静态工作点设置不合理而造成的，当输入信号的峰值进如饱和去或是截止去时即会产生上削尖或是下削尖从而使输出波形产生不可恢复的失真。其产生原理如图所示。当静态工作点偏向饱和区时会出现饱和失真，当静态工作点偏向截止区时会产生截止失真。国家电工电子实验教学中心模拟电子技术实验实验报告2双向失真是因为输入信号峰峰值过大，虽然静态工作点设置合理但是由于电压值过大使得双向的峰值均进入了饱和区域截止区，从而产生双向失真。2)射极偏置电路、乙类、甲乙类功率放大电路及交越失真；国家电工电子实验教学中心模拟电子技术实验实验报告3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。因此在正、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。3)不对称失真以及负反馈电路。不对称失真，其产生原因是由于三极管本身特性造成的。发射极与基极之间的交流电阻hie会随着输入电流的交流变化而有微弱的变化。因此波形会出现不对称的情况。而若要改变此类失真可向电路中引入负反馈来改善电路的失真现象。但引入负反馈后电压增益势必减小可能达不到所需要求，但同时也延展了通频带，时电路的高频特性增强。但其带宽增益积始终为一固定值不可改变，这就意味着在改善电路特性的同时必须以减小增益为代价。3实验过程3.1选取的实验电路及输入输出波形1)饱和失真、截止失真及双向失真：国家电工电子实验教学中心模拟电子技术实验实验报告4①电路图：②输出波形：a)饱和失真：国家电工电子实验教学中心模拟电子技术实验实验报告5b)截止失真：c)双向失真：2)交越失真：国家电工电子实验教学中心模拟电子技术实验实验报告6①电路图：②输出波形：a)消除前：国家电工电子实验教学中心模拟电子技术实验实验报告7b)消除后：3)不对称失真：国家电工电子实验教学中心模拟电子技术实验实验报告8①电路图：②输出波形：a)消除前：国家电工电子实验教学中心模拟电子技术实验实验报告9b)消除后：实际波形饱和失真、截止失真及双向失真：国家电工电子实验教学中心模拟电子技术实验实验报告10交越失真：不对称失真：（测试失败）3.2每个电路的讨论和方案比较截止失真、饱和失真是由于静态工作点设置不合理造成的。因此，为了使静态工作点可变，在设计电路时采用了滑动变阻器，这样使得基极电压可调进而使得集电极电流可调从而达到发射极与集电极之间电压可调也就达到了静态工作点可调的目的；若静态化工作点设置的较为合适而信号源峰峰值过大，此时会出现双向失真。除此之外，三极管放大电路还有一种非线性失真——不对称失真，其产生原因是由于三极管本身特性造成的。发射极与基极之间的交流电阻ℎ𝑖𝑒会随着输入电流的交流变化而有微弱的变化。从晶体管输入特性曲线可看出，在正弦信号电压负半波，电流总量较小，ℎ𝑖𝑒较大，结果使信号电流、基极电流交流分量、集电极电流交流分量的负半波都比较小，反相后反映为负载电压正半波矮胖；在正弦信号电压正半波，电流总量较大，ℎ𝑖𝑒较小，使信号电流、基极电流交流分量、集电极电流交流分量的正半波都比较大，反相后反映为负载电压负国家电工电子实验教学中心模拟电子技术实验实验报告11半波瘦长。就是说，基本共射放大器输入信号电压虽然是正弦波形，但由于三极管的非线性输入特性即ℎ𝑖𝑒值的交变，输出电压畸变为上半部矮胖下半部瘦长的非正弦波形．正弦电压上下半波本来对称，非线性失真后上下半波不再对称，故三极管放大器非线性失真也叫做不对称失真．信号源内阻、负反馈都能减小三极管非线性失真，改善放大器线性．信号源内阻及负反馈基于抑制管子非线性的机理去减少放大器输出电压的非线性失真，但反馈深度不宜过大[4]。曾试图考虑在信号源输入端串联电阻以减小不对称失真从而观察到较好的饱和截止失真的波形，这样确实可以改善不对称失真，但不易产生饱和截止失真。在消除不对称失真的时候，我选用的是负反馈，负反馈只能抑制失真使用变化克服变化而不是彻底消除，且会使电压增益变小。在功率放大电路中还有会出现一种失真即交越失真。由于晶体管存在阀值电压𝑈𝐶𝐵𝑂，因此在输出电压小于阀值电压时输出接近于零，从而是输出波形在这一范围内会产生失真。为消除交越失真，需给两管发射结加小偏压，从而改善交越失真。除此之外，还可以通过负反馈来消除交越失真。（开关S1打开即没有交越失真）负反馈工作原理可用上图来说明，当前级运算放大器的输出电压低于三极管PN结电压时，三极管不能导通，电路处于交越失真状态，负反馈为零，由于运算放大器工作于差动放大，负反馈会使运放调整放大倍数来增大输出电压，因而三极管立即导通；此外通过负反馈还可以提高电路稳定性，当电路正常工作时，若负载发生扰动。则负反馈会负向反馈给输入端从而抵消干扰。[5]3.3分析研究实验数据饱和失真、截止失真：输入信号源电压峰峰值为50mV国家电工电子实验教学中心模拟电子技术实验实验报告12未失真时输出电压为：668mV饱和失真后输出电压峰峰值（无实际意义）为：266mV截止失真后输出电压峰峰值（无实际意义）为：150mV交越失真：输入信号源电压峰峰值为5V未失真时输出电压为：4.97V交越失真时输出电压为：3.76V不对称失真：输入电压峰峰值为：50mV输出电压峰峰值为：1.63V引入负反馈后输出电压峰峰值为：41.65mV4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。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。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。通过这个大实验，是我对模拟电子技术中所遇到的失真有了更为深刻的了解，并掌握了一定的解决波形失真的方法。本实验是逆向的实验，即由结果来设计所需电路，因此电路是开放的，每个人的都有可能不一样，这还需要我们有着扎实的电路理论，这样才能根据需要设计出所需电路。而在实际应用当中，我们解决问题的方式也大多如此，即根据所需来设计其实现过程。通过这样的一个创新性的实验提高了我们分析问题、解决问题的能力，为今后的学习提供了一种新的思路。在焊电路、调电路的过程中是十分枯燥无味的，但这也是一个绝佳的磨练自己意志品质的机会。刚一开始的时候，电路不出所期望的结果时，我们可能会十分烦躁，但是当我们经历过这个过程之后，再次出现类似的问题时，我们的第一反应不是烦躁，而是尝试着去分析问题产生的原因并试图去解决它。由结果推过程、解决问题意识的提升以及电子工艺水平的提高是我此次实验收获最多的三点。4.2对本课程的意见与建议建议将这种实验放在小学期，这样就能够有充足的时间来完成实验，并认真思考，将实验中所蕴含的知识点复习巩固扎实，并且在做实验时时间不紧张，从而就能够对实验所蕴含的知识点乃至模拟电子技术这门课掌握扎实，达到学以致用的目的。国家电工电子实验教学中心模拟电子技术实验实验报告135参考文献[1]路勇刘颖.模拟集成电路基础.中国铁道出版社，2010[2]侯建军佟毅刘颖曾涛马英新.电子技术实验、综合设计实验与课程设计.高等教育出版社，2007[3]童诗白华成英模拟电子技术基础（第三版）.高等教育出版社，2000[4]元增民．BJT放大电路失真类型及抑制失真的方法[J]．长沙大学学报，2012，(2)[5]王林川潘文明李庆鑫牟瑞基于负反馈原理的功放电路交越失真解决方法研究[J].北京电子科技学院学报，2008，(2)