模拟电子技术
实验报告
学院：电子信息工程学院 专业： 姓名： 学号： 指导教师：
2017年】实验题目：放大电路的失真研究
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目录
一、实验目的与知识背景 ..................................................................3 1.1实验目的 .......................................................................................3 1.2知识背景 .......................................................................................3
二、实验内容及要求..........................................................................3 2.1基本要求 .......................................................................................3 2.2发挥部分 .......................................................................................4
三、实验方案比较及论证 ..................................................................5 3.1理论分析电路的失真产生及消除 ................................................5 3.2具体电路设计及仿真 ....................................................................8
四、电路制作及测试........................................................................12 4.1正常放大、截止失真、饱和失真及双向失真 ...........................12 4.2交越失真 .....................................................................................13 4.3非对称失真 .................................................................................13
五、失真研究思考题........................................................................13
六、感想与体会 ...............................................................................16 6.1小组分工 .....................................................................................16 6.2收获与体会 .................................................................................16 6.3对课程的建议 .............................................................................17
七、参考文献 ...................................................................................17
一、实验目的与知识背景
1.1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。
1.2知识背景
1.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放大电路中，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。
2.基本放大电路的研究、乙类功率放大器、负反馈消除不对称失真以及集成运放的研究与应用。
3.射极偏置电路、乙类、甲乙类功率放大电路和负反馈电路。
二、实验内容及要求
2.1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．
a.输出以下各种类型的波形： （1） 标准正弦波
（2） 顶部、底部、双向失真 （3） 交越失真 b.设计电路并改进。
c.讨论产生失真的机理，阐述解决问题的办法。2.2发挥部分
a.输出不对称失真的波形。 b.设计电路并改进。
c.讨论产生失真的机理，阐述解决问题的办法。
三、实验方案比较及论证
3.1理论分析电路的失真产生及消除
a.正常放大、截止失真、饱和失真及双向失真
（1）饱和失真
产生原因：静态工作点过高
如图3-1-1，当静态工作点太高时，放大器能对输入的负半周信号实施正常的放大，而当输入信号为正半周时,因太大了，使三极管进入饱和区，ic=βib的关系将不成立,输出电流将不随输入电流而变化，输出电压也不随输入信号而变化，产生输出波形的失真。这种失真是因工作点取的太高,输入正半周信号时，三极管进入饱和区而产生的失真，所以称为饱和失真。
（2）截止失真
产生原因：静态工作点过低
如图3-1-1所示为工作点太低的情况,由图可见,当工作点太低时,放大器能对输入的正半周信号实施正常的放大,而当输入信号为负半周时,因将小于三极管的开启电压,三极管将进入截止区,ib=0,ic=0,输出电压u0=uCE=Vcc将不随输入信号而变化,产生输出波形的失真。
（3）双向失真
产生原因：输入信号过大、电路放大倍数太大、直流偏置太小。
工作点偏高,输出波形易产生饱和失真；工作点偏低,输出波形易产生截止失真。但当输入信号过大时,管子将工作在非线性区,输出波形会产生双向失真。此时静态工作点合适，但输入波形的幅度超过了直流的最大幅度，当输出信号过大时可能会出现饱和失真与截止失真一块儿出现的失真现象，称之为双向失真。
消除方法：
顶部或底部失真：调节电位器，变化静态工作点； 双向失真：适当减小输入电压
b.交越失真
产生原因：
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，由两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Ube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，两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。这种失真是由于两只晶体管在交替工 克服交越失真：
作时“交接”不好而产生的,称为交越失真。
为了克服交越失真的影响，可以通过改进电路的方法来实现。 采用甲乙类双电源互补对称电路法和甲乙类单电源互补对称电路。 甲乙类互补对称法电路原理如下图1所示。由图1可见，T3组成前置放大级，T1和T2组成互补输出级。静态时，在D1，D2上产生的压降为T1，T2提供了一个适当的偏压，使之处于微导通状态。由于电路的对称，静态时 icl=ic2，iL=0，vo=0。有信号时，由于电路工作在甲乙类，即使Vi很小，基本上也可以进行线性放大。但是图1的缺点就是其偏置电压不易调整，改进电路如图2所示，在图2中流人T4的基极电流远小于流过R
1、R2的电流，则由图可以求出Vce=VBE∙(R1+R2)/R2，因此，利用T4管的VBE基本为一固定值，只要调整R
1、R2的比值，就可以改变T
1、T2的偏压值。
图1图2
c.非对称失真
输出
产生原因：
不对称失真也是推挽放大器所特有的失真。它是由于推挽管特性不对称,而使输入信号的正、负半周不对称。
消除办法：
加入负反馈，利用失真减小失真。
3.2具体电路设计及仿真
a.正常放大、截止失真、饱和失真及双向失真
（1） 仿真电路
VCCR3500kΩKey=A12VR215kΩC2+50 %XSC1_+AC1XFG110µFR115kΩQ110µFR5100kΩR41kΩ+Ext Trig2N2222A__B （2） 仿真波形
静态工作点居中时，输出正常波形；适当调节滑动变阻器使得阻值变大，出现顶部失真；适当调节滑动变阻器使得阻值变小，出现底部失真。 输入：
输出：
正常正弦波形 双向失真
顶部失真 底部失真
b.交越失真
（1） 仿真电路
VCC12VR110kΩ+Ext Trig+_A_+B_XSC1XFG1Q1S1键 = A D11N40012N2222D21N4001Q4R215kΩR310kΩ2N4403VEE-12V （2） 仿真波形 输入：
输出：
交越失真 改善后波形
c.非对称失真
（1） 仿真电路
（2） 仿真波形 输入：
输出：
不对称失真波形 改善后波形
四、电路制作及测试
4.1正常放大、截止失真、饱和失真及双向失真
顶部失真（截止失真） 双向失真
底部失真（饱和失真）正常放大 4.2交越失真
交越失真 消除交越失真
4.3非对称失真
非对称失真 减小非对称失真 实验得，非对称失真时，失真率为： （2.26-1.87）/4.13=9.44% 引入负反馈之后，失真率为： （240-238）/478=0.42% 故可见，引入反馈后，失真得到明显改善。
五、失真研究思考题
1、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。
答：NPN型：顶部失真属于截止失真，底部失真属于饱和失真。
PNP型：顶部失真属于饱和失真，底部失真属于截止失真。
2、共基放大电路、共集放大电路与共射放大电路在截止和饱和失真方面的不同。 答：共射电路及共集电路都既有饱和失真又有截止失真：截止失真是因为三极管直流工作点过低产生的失真，而饱和失真为直流工作点过高产生的失真。
共基电路有饱和失真，无截止失真，因为共基电路的解法不用考虑三极管的截止电压，故不存在截止失真。
3、改变下图射极偏置电路电路哪些参数可解决上述失真。
答：解决饱和失真：通过调大Rb1或调小Rb2，使得Rb2分压减小，Ube减小，则发射极电流减小，直流工作点降低，饱和失真得到解决。
解决截止失真：通过调小Rb1或调大Rb2，使得Rb2分压增大，Ube增大，则发射极电流增大，直流工作点升高，截止失真得到解决。
解决双向失真：调整直流工作点使其位于中间位置或减小输入信号。
4、双电源供电的功率放大器改成单电源供电会出现哪种失真？ 如何使单电源供电的功率放大器不失真？
答：单电源供电影响了输入输出电压范围，进而限制了电路的动态范围，导致信号失真。解决单电源供电失真的办法为给回路中串联一个储能电容。
5、造成单级放大电路失真的器件有哪些？Re的作用是什么？
答：造成单级放大电路失真的器件有基极电阻、直流偏置电压电源等；Re是电路的负反馈电阻，能够稳定放大电路的直流工作点。
6、负反馈可解决波形失真，解决的是哪类失真？
答：负反馈能在一定程度上抑制管子的非线性失真，但不对反馈环外的失真起作用。非线性失真包括交越失真、不对称失真等。
7、消除交越失真为什么要用二极管？
答：二极管静态时需要导通，所以产生两个0.7V的压降（硅管），而这两个压降刚好为T1与T2提供两个适当的偏置电压，使T1和T2处于微导通状态，这样就克服了因门限电压产生的交越失真。
8、放大电路加入负载后会出现失真吗？为什么？
答：会。因为负载电阻越大,放大倍数就越高，输出的信号幅度也就越大，越容易进入饱和或截止区，越容易失真。
9、如何测量放大电路的输入电阻、输出电阻和通频带。
答：测量输入电阻：分别测量出电路的输入端电压Ui和输入端的电流Ii，则输入电阻Ri＝ui/Ii，这个输入电阻可能是动态的，不同的电压下可能不相同。
测量输出电阻：分别接入不同的输出负载R1和R2，分别测量出电路的输出端电压Uo
1、Uo2，则由于输出电流I1和I2分别等于I1＝Uo1/R
1、I2＝Uo2/R2，输出电动势E＝I1×Ro＋Uo1＝I2×Ro＋Uo2，所以得到方程：Uo1/R1×Ro＋Uo1＝Uo2/R2×Ro＋Uo2。则解出输出电阻：Ro＝（Uo2+Uo1）×（R1＋R2）/（Uo1×R2－Uo2×R1）
测量通频带：
幅频特性及通频带的测试能使用仪器的条件下通常用扫频法：利用扫频仪直接在屏幕上显示出放大器的输出信号幅度随频率变化的曲线，即Au-f曲线。在屏幕显示的幅频特性曲线上测出通频带BW。
10、用场效应管组成的放大电路或运算放大器同样会产生所研究的失真吗？ 答：不一定。
11、当温度升高，晶体管组成的电路刚刚产生静态工作点漂移，使电路产生某种失真，此时由场效应管组成的电路也同样失真吗？为什么？
答：场效应管不会形成波形失真，但放大倍数同样会因为温度的变化发生变化。三极管的温度漂移是由于温度上升时，静态工作点向上漂移，形成饱和失真。而场效应管不同，随着温度的上升，静态工作点不会上移反而会下移，饱和失真不可能形成。另一方面，温度的上升会导致场效应管的门限电压进一步下降，因此原电路的一定能保持场效应管处于打开状态，因此也不会产生截止失真。综上所述，虽然温度漂移会对场效应管放大电路的静态工作点和放大倍数造成影响，但场效应管本身的特性决定了温度的升高并不会引起失真。
12、归纳失真现象，并阐述解决失真的技术。 答：失真现象归纳见3.1 解决失真的核心技术：调节直流工作点使其合适、利用二极管抬高电平、引入负反馈。
六、感想与体会
6.1小组分工
本人在该实验中负责基本部分和发挥部分的板子焊接制作，以及参与板子的测试。
6.2收获与体会
这门基于模拟电子技术的实践课虽然时间很短，但是收获颇丰，我觉得相比于理论知识的钻研，更重要的是锻炼了实践动手能力，提升了自己分析解决问题的能力。
将近七周的时间里，我们小组完成了关于非线性失真的电路设计及焊接，对于放大电路饱和、截止、双向、不对称等非线性失真的电路结构、产生原因及失真现象的改善有了相当的认识，同时对于晶体管的型号、引脚等参数特性也有了一定的认识。
这之外的收获是，真正通过不断地实验、不断地检查纠错，拥有了不断查找板子无法调试出波形甚至三极管冒烟烧坏的错误原因。一方面是初次接触，不懂得三极管的放置也是有规律的；另一方面，焊接过程中容易犯低级错误，比如最后一个发挥部分，焊好了电路之后检查了三遍，调试了两边出现的都是乱波，冷静下来仔细分析结果，猜想应该还是焊接出错了。果不其然，再次检查发现输入引脚根本没有接入电路。所以通过这样的教训，我们也意识到平时不应该只关注理论知识的学习，还需要培养锻炼我们的实践能力、动手操作能力。
6.3对课程的建议
建议发挥部分可以多给出几个参考题目。另外感觉这门课很有价值，可以适当增加教学深度。
七、参考文献
[1]路勇，刘颖.模拟集成电路基础[M].北京:中国铁道出版社, 2016 [2]刘贵栋，电子电路的 Multisim 仿真实践，哈尔滨工业大学出版社，2008
