截止、飽和失真的原理及解決方法

1、摘要：晶體三極管在現(xiàn)代電路中有著廣泛的應(yīng)用，其主要功能是放大功能和開關(guān)功能，本文主要針對(duì)三極管的放大功能進(jìn)行分析，重點(diǎn)介紹了晶體管在放大電路中出現(xiàn)的非線形失真的原因進(jìn)行了深入的分析，最后給出了非線形失真的原因極其解決辦法。關(guān)鍵詞：晶體三極管 放大電路 非線形失真 解決辦法 1 三極管的非線形失真 當(dāng)我們用三極管對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大的時(shí)候，目的是對(duì)信號(hào)有一定比例地放大，如果不能按比例放大，放大后的信號(hào)與原信號(hào)相比就改變了性質(zhì)，這種現(xiàn)象我們稱之為信號(hào)失真，而這種失真是由于對(duì)原信號(hào)進(jìn)行非線形放大而產(chǎn)生的，我們稱為非線形失真。2 非線形失真產(chǎn)生的原因及分類圖一 2.1 截止失真 現(xiàn)在以NPN型三極管為例說明

2、晶體三極管的工作原理及失真原因的分析，三極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào) 三極管的發(fā)射節(jié)相當(dāng)于一個(gè)二極管，而二極管具有單向?qū)щ娦?，其所加電壓與通過電流與二極管的伏安特性相同。只有加到發(fā)射節(jié)上的電壓高于Uon(開啟電壓)時(shí)，發(fā)射節(jié)才有電流通過，而當(dāng)發(fā)射節(jié)被加反向電壓時(shí)（只要不超過其反向擊穿電壓），只有很小的反向電流通過，我們認(rèn)為這種情況下三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，而在實(shí)際應(yīng)用中，我們會(huì)遇到各種各樣的信號(hào)需要放大，有較強(qiáng)的信號(hào)，有較弱的信號(hào)，也有反向的信號(hào)，根據(jù)PN結(jié)的特性，當(dāng)加到發(fā)射結(jié)上的信號(hào)為較弱的信號(hào)（小于開啟電壓），或者是反向信號(hào)時(shí)，發(fā)射結(jié)是截止的，三極管是不能起到放大的作用，輸出的信號(hào)，也出現(xiàn)嚴(yán)重的失真，此時(shí)

3、的失真，稱為截止失真。2.2 飽和失真 在了解三極管的飽失真前，我們先了解一下三極管的飽和導(dǎo)通，我們知道，當(dāng)三極管的的發(fā)射結(jié)被加正向電壓且UBE>Uon，三極管的發(fā)射結(jié)有電流通過，以NPN三極管為例，三極管的工作過程是這樣的：當(dāng)發(fā)射結(jié)加正向電壓時(shí)，發(fā)射區(qū)通過擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)向基區(qū)發(fā)射電子，形成發(fā)射極電流IE；其中一小部分與基區(qū)的空穴復(fù)合，形成基極電流IB，又由于集電極加反向電壓，所以從發(fā)射極出來的大部分電子在集電極電壓作用下通過漂移運(yùn)動(dòng)到達(dá)集電極，形成集電極電流IC。當(dāng)集電結(jié)上加不同電壓時(shí)，有三種情況：2.2.1 集電結(jié)加反向電壓，集電結(jié)反偏，此時(shí)，集電極有能力收集從發(fā)射極發(fā)射出的電子，三極管處

4、于穩(wěn)定的放大狀態(tài)。如電路圖3，三極管工作在如圖2所示的放大區(qū)。圖二2.2.2 當(dāng)集電結(jié)加正向電壓，集電極正偏，此時(shí)，發(fā)射極發(fā)射電子由于而集電極收集電子不足，即使基極電流增大，發(fā)射極發(fā)射電子電流增大，由于集電極收集電子不足，集電極電流也不會(huì)增大，這種情況稱為三極管的飽和導(dǎo)通，如圖2所示的飽和區(qū)。飽和導(dǎo)通時(shí)，三極管對(duì)信號(hào)也失去了發(fā)放大作用，此時(shí)的三極管的失真稱為飽和失真2.2.3 當(dāng)集電結(jié)所加電壓為零，即UCB=0時(shí)，三極管出處于飽和放大的臨界狀態(tài)。3 非線形失真的解決辦法3.1 截止失真的解決辦法當(dāng)輸入信號(hào)Ui<Uon時(shí)，如果沒有附加電源，發(fā)射結(jié)是截止的，三極管不能進(jìn)行放大作用，如果要是三

5、極管導(dǎo)通，就要增加基極電位，使輸入的信號(hào)同時(shí)增加某相同的電位，使要放大的輸入信號(hào)都能滿足大于Uon，為此在基極增加一個(gè)靜態(tài)電源VBB，使VBB+Ui>Uon，保證三極管導(dǎo)通。如圖所示 3.2 飽和失真的解決辦法3.2.1 增加VCC 由于三極管飽和的根本原因是集電結(jié)收集電子的能力不足，所以增加VCC能夠增強(qiáng)集電極收集電子的能力，但必須保證VCC在三極管的能承受范圍內(nèi)，在RC和管子不變的情況下，能夠消除飽和失真 3.2.2 增加基極電阻RB以減小基極電流，從而集電極電流IC=IB，在集電極電阻RC和集電極電源VCC不變的情況下，由VCE=VCC-IBRC得集電極電壓變大，從而使集電極收集電

6、子能力增強(qiáng)，消除飽和失 3.2.3 減小集電極電阻，在電路中其他參數(shù)不變的情況下，減小集電極電阻RC就減小了在RC上的壓降由UCE=VCC-IBRC知加在集電結(jié)的電壓增大，也增強(qiáng)了集電極收集電子的能力，從而消除飽和失真 3.2.4 更換一只較小的管子.在其他參數(shù)不變的情況下，換一只放大倍數(shù)較小的管子，由UCE=VCC-IBRC知:在集電極電阻上的壓降減小，也即增大了加在集電結(jié)的電位，增強(qiáng)了集電結(jié)收集電子的能力，從而消除飽和失真，同理由式得應(yīng)滿足 4 結(jié)論 以上是從晶體管三極管的放大原理來分析其放大失真的原因，并給出了在其他參數(shù)不變的情況下，改變電路中的某一個(gè)參數(shù)的幾種消除非線形時(shí)針失真的解決辦法，而在實(shí)際應(yīng)用中，有時(shí)候某個(gè)參數(shù)必須滿足實(shí)際情況，也既是某些參數(shù)必須在一定范圍內(nèi)來改變，而且有時(shí)候需要改變幾個(gè)