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：放大电路的失真研究。

2015年6月16日。

目录。实验报告 1

实验题目：放大电路的失真研究 1

1 实验题目及要求 2

2 实验目的与知识背景 3

2.1 实验目的 3

2.2 知识点 3

2.3 非线性失真原理介绍 3

3 实验过程 4

3.1 选取的实验电路及输入输出波形 4

1截止失真、饱和失真、双向失真 4

2交越失真 6

3非对称失真 8

4增益带宽积 9

5语音放大电路 9

6 容性负载 10

3.2 每个电路的讨论和方案比较 11

3.3 分析研究 12

4 总结与体会 18

4.1 通过本次实验哪些能力得到提高，哪些解决的问题印象深刻，有哪些创新点？ 18

4.2 对本课程的意见与建议 19

5 参考文献 19

题目：失真放大电路的研究。

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。

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。

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。

失真现象：一个理想的放大器，其输出信号应当如实的反映输入信号，即他们尽管在幅度上不同，时间上也可能有延迟，但波形应当是相同的．但是，在实际放大器中，由于种种原因，输入信号不可能与输入信号的波形完全相同，这种现象叫做失真．

非线性失真：放大器件的工作点进入了特性曲线的非线性区，使输入信号和输出信号不再保持线性关系，这样产生的失真称为非线性失真。

非线性失真产生的主要原因：（1）晶体管等特性的非线性；（2）静态工作等位置设置的不合适或输入信号过大。由于放大器件工作在非线性区而产生的非线性失真有5种：

饱和失真、截止失真、双向失真、交越失真和不对称失真。非线性失真的特征是产生新的频率分量，即产生输入信号的单频分量为基波分量的高次谐波分量。

分析知道，满足要求的电路很多，我们可以采用射级偏置电路。原理图。

饱和失真截止失真。

双向失真。实验效果图：

采用乙类功率放大器，改进时使用甲乙类功率放大器。原理图：

增益带宽积表示增益和带宽的乘积，因此，我们测量增益带宽积ft 时，可以根据定义来测量，即先测量中频增益，然后测量带宽。

输出图像：改善后图像：

1.饱和截止双向失真。

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。即减小r4。

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。即增大r4。

双向失真：减小输入信号的幅度。

2.交越失真。

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。

3.不对称失真。

采用负反馈，减小环内的非线性失真。我们采用电压并联负反馈。

4.增益带宽积。

增益带宽积的含义是，该芯片的最大能力。极致情况下，带宽和增益最大的折中。

放大倍数通过调整反馈回路实现，无失真放大带宽则被相应改变。

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0.7；锗管为0.3）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结的特性，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。

图3-1 射级偏置电路。

解决方法：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。既是减小rb1或者增大rb2.

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。既是增大rb1或者减小rb2.

双向失真：减小输入信号或者换晶体管。

2）通过图1（e）的失真设计，讨论产生失真的机理，阐述解决问题的办法。

e.交越失真原理分析。

失真的机理：

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v r . 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时，三极管也工作**性区域。既是甲乙类功率放大器。

3）通过图1（f）的失真设计，讨论产生失真的机理，阐述解决问题的办法。

f.不对称失真。

失真的机理：

不对称失真是差分输入电路和乙类互补推挽功率放大电路所特有的失真。在差分电路中，由于电路结构的不对称，使两个三极管对信号的放大倍数不相同而引起的。在乙类互补推挽功率放大电路，它是由于推挽管（npn管和pnp管）特性不对称，而使输入信号的正、负半周不对称造成的。

解决方法：采用负反馈，减小环内的非线性失真。

4）讨论npn型组成的共射放大电路和pnp型组成的共射放大电路在截止和饱和失真方面的不同。

npn型管，截止失真是顶部削平，饱和失真是底部削平，pnp型管，截止是底部削平，饱和顶部削平。

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