北交大模電實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、放大電路失真現(xiàn)象研究實(shí)驗(yàn)報(bào)告班級(jí)：摘要放大電路廣泛應(yīng)用于很多工程中，放大電路的失真對(duì)于電路有較大影響，因此，研究放大電路的失真問(wèn)題既具有工程意義，又有利于對(duì)放大電路及其失真現(xiàn)象的了解和掌握。本文通過(guò)研究基本放大電路出現(xiàn)的非線性失真的原因并且提出消除非線性失真的方法。關(guān)鍵詞：放大電路 失真 實(shí)驗(yàn)?zāi)夸?.實(shí)驗(yàn)背景41.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1.2實(shí)驗(yàn)要求42.實(shí)驗(yàn)過(guò)程52.1基礎(chǔ)部分52.1.1實(shí)驗(yàn)電路52.1.2實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象62.2發(fā)揮部分72.2.1實(shí)驗(yàn)電路72.2.2實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象92.3附加部分112.3.1實(shí)驗(yàn)電路112.3.2實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象113.失真研究113.1基礎(chǔ)部分113.1.1飽和失真113.1.2截

2、止失真123.1.3雙向失真123.1.4交越失真123.2發(fā)揮部分143.2.1不對(duì)稱失真143.2.2增益帶寬積143.2.3容性負(fù)載143.3附加部分144.實(shí)驗(yàn)總結(jié)154.1實(shí)驗(yàn)收獲154.2思考感悟15附：參考文獻(xiàn)151.實(shí)驗(yàn)背景1.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆帐д娣糯箅娐返脑O(shè)計(jì)和消除放大電路各種失真的技術(shù)，解決電路的失真問(wèn)題，提高系統(tǒng)地構(gòu)思問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，系統(tǒng)地歸納模擬電子技術(shù)中失真現(xiàn)象。具備通過(guò)現(xiàn)象分析電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提高改善電路的能力。1.2實(shí)驗(yàn)要求1.基礎(chǔ)部分（1）輸入一標(biāo)準(zhǔn)正弦波，如圖1（a），頻率2KHz，幅度50mV，輸出正弦波頻率2KHz，幅度1V。（2）圖1（b）是電路輸出波

3、形；（3）圖1（c）是電路輸出波形；（4）圖1（d）是電路輸出波形；若達(dá)到要求，如何設(shè)計(jì)電路并改進(jìn)，討論產(chǎn)生失真的機(jī)理，闡述解決問(wèn)題的辦法。（5）輸入一標(biāo)準(zhǔn)正弦波，頻率2KHz，幅度5V，設(shè)計(jì)電路使之輸出圖1（e）輸出波形，并改進(jìn)。2.發(fā)揮部分（1）圖1（f）是電路輸出失真波形，設(shè)計(jì)電路并改進(jìn)。（2）任意選擇一運(yùn)算放大器，測(cè)出增益帶寬積fT。并重新完成前面基本要求和發(fā)揮部分的工作。（3）將運(yùn)算放大器連接成任意負(fù)反饋放大器，要求負(fù)載2k,放大器的放大倍數(shù)為100，將振蕩器頻率提高至fT/100的95%，觀察輸出波形是否失真，若將振蕩器頻率提高至fT/100的110%，觀察輸出波形是否失真。（4）

4、放大器的放大倍數(shù)保持100，將振蕩器頻率提高至fT/100的95%或更高一點(diǎn)，保持不失真放大，將純阻抗負(fù)載2k替換為容抗負(fù)載20mF，觀察失真的輸出波形。（5）改善發(fā)揮部分（4）的輸出波形不失真，設(shè)計(jì)并完成電路。（6）其他失真研究3.附加部分（1）設(shè)計(jì)一頻率范圍在20Hz20kHz語(yǔ)音放大器。（2）將各種失真引入語(yǔ)音放大器，觀察、傾聽(tīng)語(yǔ)音輸出。4.失真研究（1）通過(guò)圖1（b）、（c）和（d）的失真設(shè)計(jì)，討論產(chǎn)生失真的機(jī)理，闡述解決問(wèn)題的辦法。（2）通過(guò)圖1（e）的失真設(shè)計(jì)，討論產(chǎn)生失真的機(jī)理，闡述解決問(wèn)題的辦法。（3）通過(guò)圖1（f）的失真設(shè)計(jì)，討論產(chǎn)生失真的機(jī)理，闡述解決問(wèn)題的辦法。（4）討論

5、npn型組成的共射放大電路和pnp型組成的共射放大電路在截止和飽和失真方面的不同。（5）討論共基放大電路、共集放大電路與共射放大電路在截止和飽和失真方面的不同。（6）負(fù)反饋可解決波形失真，解決的是哪類失真？ （7）雙電源供電的功率放大器改成單電源供電會(huì)出現(xiàn)哪種失真？如何使單電源供電的功率放大器不失真？（8）由單電源供電的運(yùn)算放大器組成電路會(huì)出現(xiàn)哪種失真？（9）測(cè)量增益帶寬積fT有哪些方法？（10）提高頻率后若失真，屬于哪類失真？（11）電阻負(fù)載改成大容性負(fù)載會(huì)出現(xiàn)什么失真？（12）有哪些方法可以克服電阻負(fù)載改成大容性負(fù)載出現(xiàn)的失真？（13）歸納失真現(xiàn)象，并闡述解決失真的技術(shù)。2.實(shí)驗(yàn)過(guò)程2.1

6、基礎(chǔ)部分2.1.1實(shí)驗(yàn)電路1.飽和、截止、雙向失真2.交越失真2.1.2實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象（注：每組實(shí)驗(yàn)圖最后一頁(yè)均為改進(jìn)后實(shí)驗(yàn)圖片）1.飽和、截止、雙向失真2.交越失真2.2發(fā)揮部分2.2.1實(shí)驗(yàn)電路1.不對(duì)稱失真2.增益帶寬積3.容性負(fù)載2.2.2實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象1.不對(duì)稱失真2.增益帶寬積增益帶寬積為：中頻增益（7.3）與帶寬（4.6k）乘積，得增益帶寬積為33.58k。3.容性阻抗2.3附加部分2.3.1實(shí)驗(yàn)電路2.3.2實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象調(diào)節(jié)輸入頻率，可聽(tīng)到不同的聲音。此外，增加了3.5mm音頻輸入端口并成功播放前段設(shè)備輸入的各種音樂(lè)。3.失真研究3.1基礎(chǔ)部分3.1.1飽和失真1.原因分析當(dāng)工作點(diǎn)太高時(shí)，放大

7、器能對(duì)輸入的負(fù)半周信號(hào)實(shí)施正常的放大,而當(dāng)輸入信號(hào)為正半周時(shí),因輸入信號(hào)太大,使三極管進(jìn)入飽和區(qū),I=的關(guān)系將不成立,輸出電流將不隨輸入電流而變化,輸出電壓也不隨輸入信號(hào)而變化,產(chǎn)生輸出波形的失真。2.失真消除對(duì)由NPN管子組成的共發(fā)射極放大器,當(dāng)輸出信號(hào)的負(fù)半周產(chǎn)生失真時(shí),因共發(fā)射極放大器的輸出和輸入倒相，說(shuō)明是輸入信號(hào)為正半周時(shí)電路產(chǎn)生了失真。輸入的正半周信號(hào)與靜態(tài)工作點(diǎn)電壓相加,將使放大器的工作點(diǎn)進(jìn)入飽和區(qū),所以,這種情況的失真為飽和失真,消除的辦法是降低靜態(tài)工作點(diǎn)的數(shù)值，將其選在交流負(fù)載線的中點(diǎn)。這種判斷的方法僅適用于由NPN型三極管組成的放大器,對(duì)于由PNP型三極管組成的放大器,因電

8、源的極性相反,所以結(jié)論剛好與NPN型的相反。3.1.2截止失真1.原因分析當(dāng)工作點(diǎn)太低時(shí),放大器能對(duì)輸入的正半周信號(hào)實(shí)施正常的放大,而當(dāng)輸入信號(hào)為負(fù)半周時(shí),因小于三極管的開(kāi)啟電壓,三極管將進(jìn)入截止區(qū)I=0,I=0,輸出電壓U0=U=Vcc將不隨輸入信號(hào)而變化,產(chǎn)生輸出波形的失真。 這種失真是因工作點(diǎn)取的太低,輸入負(fù)半周信號(hào)時(shí),三極管進(jìn)入截止區(qū)而產(chǎn)生的失真,所以稱為截止失真。2.失真消除樣對(duì)由NPN管子組成的共發(fā)射極放大器來(lái)說(shuō),當(dāng)輸出信號(hào)的正半周產(chǎn)生失真時(shí),說(shuō)明輸入信號(hào)為負(fù)半周時(shí)電路產(chǎn)生了失真,輸入負(fù)半周信號(hào)與靜態(tài)工作點(diǎn)電壓相減,將使放大器的工作點(diǎn)進(jìn)入截止區(qū),所以,這種情況的失真為截止失真,消除

9、的辦法是提高電路靜態(tài)工作點(diǎn)的數(shù)值是指到達(dá)交流負(fù)載線的中點(diǎn)。這種判斷的方法也僅適用于由NPN型三極管組成的放大器,對(duì)于由PNP型三極管組成的放大器,同樣因電源的極性相反,所以結(jié)論剛好與NPN型的相反。3.1.3雙向失真1.原因分析雙向失真是指即在三極管輸出特性曲線的飽和區(qū)失真又在截止區(qū)失真，三極管有飽和狀態(tài)又有截止?fàn)顟B(tài)，向上達(dá)到飽和狀態(tài)，向下到達(dá)截止?fàn)顟B(tài)，出現(xiàn)這種非線性失真不是由于電路中某個(gè)電路元件選擇的不合適，而是由于信號(hào)源輸入的信號(hào)過(guò)大導(dǎo)致三極管在放大時(shí)出現(xiàn)了雙向失真。2.失真消除改變這種失真的方法就是工作點(diǎn)Q要設(shè)置在輸出特性曲線放大區(qū)的中間部位，減小輸入的信號(hào)，選擇一個(gè)合理的輸入信號(hào)，使之

10、正好工作在放大區(qū)域內(nèi)。3.1.4交越失真1.原因分析單管乙類功放電路僅在半個(gè)周期內(nèi)有電流通過(guò), 盡管減小了管耗, 有利于提高輸出效率, 但使輸入信號(hào)的半個(gè)波形被削掉, 存在嚴(yán)重的波形失真。如果用兩個(gè)管子, 使之都作在乙類放大狀態(tài), 但是一個(gè)在正半周期, 而另一個(gè)工作在負(fù)半周期, 同時(shí)使這兩個(gè)輸出波形都能加到負(fù)載上, 從而使負(fù)載得到一個(gè)完整的波形, 這樣就能解決效率與失真的矛盾。電路原理圖如圖電路中T1和T2分別為NPN和PNP型管, 當(dāng)信號(hào)處于正半周期時(shí),T1承擔(dān)放大任務(wù), T2截至, 有電流通過(guò)負(fù)載RL而當(dāng)信號(hào)處于負(fù)半周期時(shí), 則剛好相反, T2承擔(dān)放大任務(wù),T1截至, 仍然有電流通過(guò)負(fù)載R

11、L這樣, 上圖所示基本互補(bǔ)對(duì)稱電路實(shí)現(xiàn)了在靜態(tài)時(shí)管子不取電流, 而在有信號(hào)時(shí),T1和T2輪流導(dǎo)通。由于三極管PN結(jié)的壓降, 上圖所示的互補(bǔ)對(duì)稱功放電路并不能使輸出波形很好地反映輸入的變化。由于沒(méi)有直流偏置, 管子的基極電流 , 必須在 V 大于某一數(shù)值(即門(mén)坎電壓, 硅管約為0.6v，鍺管約為0.2v，)時(shí)才有顯著變化。當(dāng)V低于這個(gè)數(shù)值時(shí)iC1和i2都基本為零, 負(fù)載RL上無(wú)電流流過(guò), 出現(xiàn)一段死區(qū), 這就是交越失真產(chǎn)生的基本原理。2.消除失真圖a 圖b為了克服交越失真的影響，我們可以通過(guò)改進(jìn)電路的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。常見(jiàn)的方法有：甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路法和甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路。甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱法

12、電路原理如下圖所示。由圖可見(jiàn), T3組成前置放大級(jí),T1和T2組成互補(bǔ)輸出級(jí)。靜態(tài)時(shí), 在D1,D2上產(chǎn)生的壓降為T(mén)1,T1提供了一個(gè)適當(dāng)?shù)钠珘? 使之處于微導(dǎo)通狀態(tài)。由于電路的對(duì)稱,靜態(tài)時(shí)1=2,=0,0=0。有信號(hào)時(shí), 由于電路工作在甲乙類, 即使V很小, 基本上也可以進(jìn)行線性放大。但是圖a的缺點(diǎn)就是其偏置電壓不易調(diào)整, 改進(jìn)電路如圖b所示, 在圖b中流人T4的基極電流遠(yuǎn)小于流過(guò)R1、r2的電流, 則由圖可以求出v=(R1+R2)/R2, 因此, 利用T4管的Vbe基本為一固定值, 只要調(diào)整R1、R2的比值, 就可以改變T1、T2的偏壓值, 此法在集成電路中經(jīng)常應(yīng)用。3.2發(fā)揮部分3.2.

13、1不對(duì)稱失真1.原因分析不對(duì)稱失真是差分輸入電路和乙類互補(bǔ)推挽功率放大電路所特有的失真。在差分電路中，由于電路結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱，使兩個(gè)三極管對(duì)信號(hào)的放大倍數(shù)不相同而引起的。在乙類互補(bǔ)推挽功率放大電路，它是由于推挽管（NPN管和PNP管）特性不對(duì)稱，而使輸入信號(hào)的正、負(fù)半周不對(duì)稱造成的。2.消除失真采用負(fù)反饋，減小環(huán)內(nèi)的非線性失真。3.2.2增益帶寬積增益帶寬積是用來(lái)簡(jiǎn)單衡量放大器的性能的一個(gè)參數(shù)。利用中頻增益乘以帶寬即可。3.2.3容性負(fù)載電路中類似電容的負(fù)載，可以使電流超前電壓提高電路功率因數(shù)，一般把負(fù)載帶電容參數(shù)的負(fù)載，即符合電壓滯后電流特性的負(fù)載成為容性負(fù)載。充放電時(shí)，電壓不能突變。其對(duì)應(yīng)的

14、功率因數(shù)為負(fù)值。對(duì)應(yīng)的感性負(fù)載的功率因數(shù)為正值。 在高頻領(lǐng)域,是指負(fù)載虛部為負(fù)值的負(fù)載.3.3附加部分電路有三個(gè)部分構(gòu)成，分別為前置放大電路、帶通濾波電路和功率放大電路。1.前置放大電路：前置放大電路采用集成運(yùn)放LM324構(gòu)成兩級(jí)放大電路。為增強(qiáng)對(duì)輸入信號(hào)的保持性，故兩級(jí)放大電路均采用同相放大電路組態(tài)。放大電路的增益可以通過(guò)改變反相端的輸入電阻與反饋電阻的值來(lái)調(diào)節(jié)，即 。放大器輸入漂移和噪聲等因素對(duì)于總的精度至關(guān)重要，放大器本身的共模抑制特性也同等重要。因此前置放大電路應(yīng)該是一個(gè)高輸入阻抗、高共模抑制比、低漂移的小信號(hào)放大電路。2.帶通濾波電路有源濾波電路是用有源器件與RC網(wǎng)絡(luò)組成的濾波電路。它有很多種，在實(shí)際應(yīng)用中還需要將一定頻率段的信號(hào)通過(guò)，我們要設(shè)計(jì)的語(yǔ)音放大電路是需要有源帶通濾波器。3.功率放大電路功率放大電路主要是向負(fù)載提供功率。要求輸出功率盡可能高，非線性失真盡可能小。4.實(shí)驗(yàn)總結(jié)4.1實(shí)驗(yàn)收獲通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)，我了解并掌握了放大電路的失真原理和改進(jìn)方法，對(duì)于放大電路的失真研究有了更為深入的認(rèn)識(shí)。同時(shí)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，我也提高了系統(tǒng)地構(gòu)思問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，能夠系統(tǒng)地歸納模擬電子技術(shù)中失真現(xiàn)象。具備通過(guò)現(xiàn)象分析電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提高改善電路的能力。4.2思考感悟本次實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，我們查閱了很多資料，也得到了老師的指導(dǎo)和同學(xué)的幫助。很多知識(shí)在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中得