1、國家電工電子實驗教學中心模擬電子技術實驗實驗報告國家電工電子實驗教學中心模擬電子技術實 驗 報 告實驗題目： 放大電路的失真研究 專 業：任課教師：白雙 2015 年 6 月 18 日目錄1 實驗題目及要求111基本要求11.2發揮部分21.3附加部分31.4失真研究32 實驗目的與知識背景32.1 實驗目的32.2 知識點43 實驗過程43.1 選取的實驗電路及輸入輸出波形43.2 每個電路的討論和方案比較153.3 分析研究實驗數據164 總結與體會174.1 通過本次實驗那些能力得到提高，那些解決的問題印象深刻，有那些創新點。184.2 對本課程的意見與建議195 參考文獻1911 實驗

2、題目及要求題目：放大電路的失真研究 要求： 1.基礎部分（1） 輸入一標準正弦波，頻率2kHz，幅度50mV，輸出正弦波頻率2kHz，幅度1V。 （2）下圖放大電路輸入是標準正弦波，其輸出波形失真。（3） 下圖放大電路輸入是標準正弦波，其輸出波形失真。 （4）下圖放大電路輸入是標準正弦波，其輸出波形失真。 （5）下圖放大電路輸入是標準正弦波，其輸出波形失真。 2.發揮部分 （1）下圖放大電路輸入是標準正弦波，其輸出波形失真。 （2）任意選擇一運算放大器，測出增益帶寬積fT。并重新完成前面基本要求和發揮部分的工作。（3） 將運放接成任意負反饋放大器，要求負載2k,放大倍數為1，將振蕩頻率提高至f

3、T的95%，觀察輸出波形是否失真，若將振蕩器頻率提高至fT的110%，觀察輸出波形是否失真。（4） 放大倍數保持100，振蕩頻率提高至fT的95%或更高一點，保持不失真放大，將純阻抗負載2k替換為容抗負載20mF，觀察失真的輸出波形。（5） 設計電路，改善發揮部分（4）的輸出波形失真。 3.附加部分（1）設計一頻率范圍在20Hz20kHz語音放大器。（2）將各種失真引入語音放大器，觀察、傾聽語音輸出。 2 實驗目的與知識背景2.1 實驗目的1. 掌握失真放大電路的設計和解決電路的失真問題提高系統地構思問題和解決問題的能力。2. 掌握消除放大電路各種失真技術系統地歸納模擬電子技術中失真現象。3.

4、 具備通過現象分析電路結構特點提高改善電路的能力。2.2 知識點（1）截止失真、飽和失真、雙向失真、交越失真等。（2）射極偏置電路、乙類、甲乙類功率放大電路和 負反饋電路。（3）克服各種失真的技術。33 實驗過程3.1 選取的實驗電路及輸入輸出波形1.基礎部分（1）飽和截止雙向失真輸入一標準正弦波，頻率2KHz，幅度50mV，輸出正弦波頻率2KHz，幅度1V。原理：當工作點太高時,放大器能對輸入的負半周信號實施正常的放大,而當輸入信號為正半周時,因輸入信號太大,使三極管進入飽和區,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而變化,產生輸出波形的飽和失真。當工作點太低時,放大器能對輸入

5、的正半周信號實施正常的放大,而當輸入信號為負半周時,因小于三極管的開啟電壓,三極管將進入截止區，輸出電壓將不隨輸入信號而變化,產生輸出波形的截止失真。雙向失真是指即在三極管輸出特性曲線的飽和區失真又在截止區失真，三極管有飽和狀態又有截止狀態，向上達到飽和狀態，向下到達截止狀態，出現這種非線性失真不是由于電路中某個電路元件選擇的不合適，而是由于信號源輸入的信號過大導致三極管在放大時出現了雙向失真。分析知道，滿足要求的電路很多，我們可以采用射級偏置電路： 增益為：實驗電路為：實驗圖像為： 截止失真 飽和失真 雙向失真解決方法：截止失真：使靜態工作點上移。對于射極偏置電路，方法是增加基極的電壓。既是

6、減小Rb1或者增大Rb2.飽和失真：使靜態工作點下移。對于射極偏置電路，方法是減小基極的電壓。既是增大Rb1或者減小Rb2. 雙向失真：減小輸入信號（2） 交越失真原理：由于晶體管存在閾值電壓，因此輸出電壓在范圍內接近于零，從而使輸出電壓波形在這一范圍內失真。實驗電路為：實驗圖像為： 交越失真消除交越失真的辦法：給晶體管建立起始靜態偏置, 使它的基極電壓始終不小于死區電壓。加入硅材質二極管穩壓。2. 發揮部分（1）不對稱失真原理：不對稱失真是由電路不對稱，輸出特性不同， 而使輸入信號的正、負半周不對稱,這種失真稱為不對稱失真。實驗電路：實驗圖像為： 不對稱失真解決辦法：采用負反饋，減小環內的非

7、線性失真。（2） 選擇一運算放大器，測出增益帶寬積。原理：增益帶寬積表示增益和帶寬的乘積，因此，我們測量增益帶寬積fT 時，可以根據定義來測量，即先測量中頻增益，然后測量帶寬。實驗電路：增益帶寬積測量電路 電路的頻率響應用示波器測得帶寬為：444.5khz，中頻增益為6dBfT =8.188khz*10(37.68/20)=626.8將運放接成任意負反饋放大器，要求負載2k,放大倍數為1，將振蕩頻率提高至fT的95%，觀察輸出波形是否失真，若將振蕩器頻率提高至fT的110%，觀察輸出波形是否失真。 圖14 負反饋放大電路（3）通過示波器測量，當振蕩器頻率提高至fT/100的95%，觀察輸出波形

8、沒有失真，若將振蕩器頻率提高至fT/100的110%，觀察輸出波形失真。放大倍數保持100，振蕩頻率提高至fT的95%或更高一點，保持不失真放大，將純阻抗負載2k替換為容抗負載20mF，觀察失真的輸出波形。 我們控制電位器J2是電路接入容性負載。通過示波器測量，發現波形失真。實驗結果：圖14 正常波形圖15 容性負載失真設計電路，改善發揮部分（4）的輸出波形失真。 采用負反饋，通過開關J1，使負反饋加大。觀察波形，得到：實驗結果：（3） 語音放大電路在具體試驗中將實驗飽和截止雙向的圖和交越失真的圖鏈接在一起，交越失真就相當于圖示中的功放。失真研究：（1）.雙向飽和截止失真的原理分析截止失真原理

9、分析由二極管的伏安特性曲線可知，只有加到發射結上的電壓高于 （開啟電壓，硅管為；鍺管為）時，發射結才有電流通過，而當發射結被加反向電壓時（只要不超過其反向擊穿電壓），只有很小的反向電流通過，我們認為這種情況下三極管處于截止狀態，而在實際應用中，我們會遇到各種各樣的信號需要放大，有較強的信號，有較弱的信號，也有反向的信號，根據PN節的特性，當加到發射結上的信號為較弱的信號（小于開啟電壓），或者是反向信號時，發射結是截止的，三極管不能起到放大的作用，輸出的信號，也會出現嚴重的失真，此種失真稱為截止失真。如圖（三極管的輸出特性曲線）所示，此時，晶體三極管工作在三極管輸出特性曲線的截止區，呈現截止失真

10、現象。 飽和失真原理分析 我們知道，當三極管的發射結被加正向電壓且（開啟電壓）時，三極管的發射結有電流通過。發射區通過擴散運動向基區發射電子，形成發射極電流；其中一小部分與基區的空穴復合，形成基極電流，又由于集電極加反向電壓，所以從發射極出來的大部分電子在集電極電壓作用下通過漂移運動到達集電極，形成集電極電流。當集電極上加不同電壓時，有以下三種情況：1).當集電結加反向電壓時，集電結反偏。此時，集電極有能力收集從發射極發射出的電子，三極管處于穩定的放大狀態。此時，晶體三極管工作在輸出特性曲線的放大區，能夠正常放大信號。2).當集電極加正向電壓，集電極正偏。此時，發射極雖發射電子，但由于集電極收

11、集電子能力不足，即使基極電流增大，發射極發射電子電流增大，集電極電流也不會增大，這種情況稱為三極管的飽和導通。飽和導通時，三極管對信號也失去了發放大作用，此時三極管的失真稱為飽和失真。可見，飽和失真時晶體三極管工作在輸出特性曲線的飽和區，輸出信號呈現飽和失真。3）.當集電結所加電壓為零，即=0時，三極管處于飽和放大的臨界狀態。雙向失真原理分析 由以上分析可知，三極管對信號的放大倍數是有限的。調整電路使三極管工作在合適的靜態工作點，即是放大信號在三極管輸出特性曲線的放大區。選取合適的輸入信號可以得到正常的放大波形，當增加輸入信號的幅度時，放大信號的幅度也成倍增加，此時放大信號的幅度過大，導致放大

12、信號的峰部超出三極管輸出特性曲線的放大區，一部分在飽和區，一部分在截止區，于是出現了雙向失真。換一種說法，也可以解釋為放大信號同時出現了飽和失真和截止失真。 解決方法：截止失真：使靜態工作點上移。對于射極偏置電路，方法是增加基極的電壓。既是減小Rb1或者增大Rb2.飽和失真：使靜態工作點下移。對于射極偏置電路，方法是減小基極的電壓。既是增大Rb1或者減小Rb2.雙向失真：減小輸入信號或者換晶體管。交越失真原理分析失真的機理：交越失真是乙類推挽放大器所特有的失真. 在推挽放大器中, 由2 只晶體管分別在輸入信號的正、負半周導通, 對正、負半周信號進行放大. 而乙類放大器的特點是不給晶體管建立靜態

13、偏置, 使其導通的時間恰好為信號的半個周期. 但是, 由于晶體管的輸入特性曲線在VBE 較小時是彎曲的, 晶體管基本上不導通, 即存在死區電壓V r . 當輸入信號電壓小于死區電壓時, 2 只晶體管基本上都不導通. 這樣,當輸入信號為正弦波時, 輸出信號將不再是正弦波,即產生了失真.因此在正、負半周交替過零處會出現一些失真，這個失真稱為交越失真。解決方法：消除交越失真的辦法是給晶體管建立起始靜態偏置, 使它的基極電壓始終不小于死區電壓. 為了不使電路的效率明顯降低, 起始靜態偏置電流不應太大. 這樣就把乙類推挽放大器變成了經常使用的甲乙類推挽放大器.在上述電路中，我們可以改變靜態工作點，加大電

14、阻阻值，產生0.7V壓降的靜態工作點電壓，使輸入信號即使為0是，三極管也工作在線性區域。既是甲乙類功率放大器。不對稱失真失真的機理：如下圖所示，不對稱失真產生的原因是三極管輸入特性曲線中的線性區并非為完全線性的，當輸入Ui時，對應的ib上下并不完全對稱，從而輸出Uo也并非完全對稱的。 解決方法：采用負反饋，減小環內的非線性失真。（1）由單電源供電的運算放大器電路會出現哪種失真？單電源供電會出現一部分沒有波形，是線性失真。（2）負反饋可解決波形失真，解決的是哪類失真？負反饋解決反饋環內的非線性失真，不能解決反饋環外的失真。（3）測量增益帶寬積fT有哪些方法？a.可以首先測量帶寬，然后測量增益，帶

15、寬乘以增益既是增益帶寬積。b.可以測量特征頻率，即晶體管喪失電流放大能力的極限頻率就是增益帶寬積。（4）提高頻率后若失真，屬于哪類失真？提高頻率后若失真，屬于頻率失真。（5）電阻負載改成大容性負載會出現什么失真？電阻負載改成大容性負載會出現相位失真。（6）有哪些方法可以克服電阻負載改成大容性負載出現的失真？可引入負反饋來克服電阻負載改成大容性負載出現的失真（7）用場效應管組成的放大電路或運算放大器同樣會產生所研究的失真嗎？會，因為場效應管也有不同的工作區，我們可以通過調整靜態工作點來產生不同的失真。（8）當溫度升高，晶體管組成的電路剛剛產生靜態工作點漂移，使電路產生某種失真，此時由場效應管組成

16、的電路也同樣失真嗎？為什么？不會，因為場效應管只有多子參與導電，而三極管有多子和少子兩種載流子參與導電，因少子濃度受溫度影響較大，所以場效應管比三極管溫度穩定性好。所以溫度升高時，場效應管組成的電路不會產生同樣失真。（9）歸納失真現象，并闡述解決失真的技術。 失真現象：截止失真，飽和失真，雙向失真，交越失真，不對稱失真放大電路是一種幅度的變化運算，對于理想的的放大電路，其輸出信號應當如實的反映輸入信號，即他們盡管在幅度上不同，但波形應當是相同的但是，在實際放大電路中，由于種種原因，輸出信號不可能與輸入信號的波形完全相同，產生了失真非線性失真是放大器件的工作點進入了特性曲線的非線性區，使輸入信號

17、和輸出信號不再保持線性關系而產生的失真常見非線性失真有五種：飽和失真、截止失真、雙向失真、交越失真和不對稱失真。當靜態工作點太低時，導致輸出波形失真，則為截止失真；當靜態工作點太高時，導致輸出波形失真，則為飽和失真。飽和失真、截止失真是由于靜態工作點選擇不合適造成的，而雙向失真是由于輸入信號太大造成的。它的改進方法：飽和失真：使靜態工作點下移。對于射極偏置電路，方法是增加基極的電壓。截止失真：使靜態工作點上移。對于射極偏置電路，方法是減小基極的電壓。雙向失真：減小輸入信號或者換晶體管。 交越失真是在乙類功率放大器中，當輸入信號變化時，不足以克服三極管的死區電壓，三極管不導通電。在正、負半周交替

18、過零處會出現一些失真。它的改進方法：去除失真的原理：我們可以改變靜態工作點，加大電阻阻值或者加兩個二極管，產生0.7V壓降的靜態工作點電壓，使沒有輸入信號，三極管也工作在線性區域。既是甲乙類功率放大器。不對稱失真，就是由于工藝等因素，導致電路不對稱使輸出信號的正負半周信號幅度、波形，與輸入信號不一致。它的改進方法：我們可以采用負反饋，減小反饋環內產生的非線性失真。線性失真是放大器的頻率特性不好，對輸入信號中不同頻率成分的增益不同或延時不同而產生的失真線性失真是由于放大電路中有隔直流電容、射極旁路電容、結電容和各種寄生電容，使得它對不同頻率的輸入信號所產生的增益及相移是不同的常見的線性失真是相位

19、失真。3.2 每個電路的討論和方案比較在不對稱電路中，剛開始電路輸出端沒有加電容隔直流，造成輸出很高。之后添加隔直電容，之后輸出較為正常。（2）在語言放大器電路的設計中，一開始選用了LM324，但是效果一直不太好，后來查閱資料選用了專用的音頻功率放大器LM386，并增加了電容，發現效果較好。3.3 分析研究實驗數據（1） 飽和截止雙向電路參數：R1:3k R2：24k2個變阻器:500kC1,C2:10uF三極管：S8050測量數據：輸入50mv,輸出1V（2） 交越電路參數：R1，R2，R3，R4：1kR5：10k三極管;S8050,S8550二極管兩個開關1個輸入2v，頻率500Hz（3）

20、 不對稱電路參數;R1,R2,R3,R4,R5:10kR6,R7:1kC1：10uF三極管三個：S8050開關一個（4） 增益帶寬積參數：R1，R2：10kR3:5k運放;LM324N（5） 容性負載電路參數：R1，R2，R3，R4：1kR5:100kR6：2kC1:22uF運放：LM324（6） 語音放大電路參數：變阻器R1：10kR2:10kC1,C2:0.1uFC3:100uF運放：LM386N4 總結與體會4.1 通過本次實驗那些能力得到提高，那些解決的問題印象深刻，有那些創新點。研究放大電路信號失真的原理與掌握克服失真的方法對實際運用具有重要的意義。通過此次實驗，為了找到關于放大電路失真方面的相關資料，我積極利用網上圖書館中的數據庫，大量搜索，進步一鍛煉了我利用網絡工具查找文獻的能力。通過一次次調試示波器，我對示波器功能有了更多的了解，還學習了調另一種示波器的方法。而且我對模電中關于放大電路頻率響應中的相關知識又有了進一步的了解與掌握。特