1、放大電路失真現象研究論文 模擬電子技術研究性課題論文學 院 電子信息工程學院專 業 通信工程 學 號 姓 名 指導教師 7>2013年5月一、飽和失真1產生飽和失真的原因1消除失真的方法2二、截止失真3截止失真產生的原因3消除截止失真的方法3三、雙向失真5產生雙向失真的原因5消除雙向失真的方法5四、交越失真5交越失真產生的原理5克服交越失真的方法6五、負反饋改善失真波形7負反饋改善失真波形原理7六、頻率失真9頻率失真的原因9幅度失真的原因9相位失真的原因9七、瞬態互調失真10瞬態互調失真產生的原理11消除瞬態失真的方法11八、總結12參考文獻14放大電路失真現象的研究摘要：運算放大器廣泛

2、應用在各種電路中，但是同時伴隨著失真現象。一個理想的放大器，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，時間上也可能有延遲，但波形應當是相同的但是，在實際放大器中，由于種種原因，輸入信號不可能與輸入信號的波形完全相同，這種現象叫做失真關鍵詞：失真 失真原因 失真解決方法abstract：operational amplifiers are widely used in various circuits, but at the same time it accompanied by distortion. an ideal amplifier, the output signal

3、should accurately reflect the input signal, even if they differ in amplitude, time may be delayed, but they should have the same wave form. however, due to various reasons, the output signal can not be identical to the waveform of the input signal in practical amplifier, this phenomenon is called di

4、stortion. this paper studies the basic amplifying circuit nonlinear distortion and proposed to eliminate the non-linear distortion.key words: distortion cause of the distortion distortion?solution一、飽和失真產生飽和失真的原因 下圖所示為工作點太高的情況,由下圖可知,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, 的關系將不成立,

5、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,產生輸出波形的失真。這種失真是因由于工作點取的太高,輸入正半周信號時,三極管進入飽和區而產生的失真,所以稱為飽和失真。消除失真的方法對由npn管子組成的共發射極放大器,當輸出信號的負半周產生失真時,因共發射極放大器的輸出和輸入倒相（如圖2）,圖2說明是輸入信號為正半周時電路產生了失真。輸入的正半周信號與靜態工作點電壓相加,將使放大器的工作點進入飽和區,所以,這種情況的失真為飽和失真,消除的辦法是降低靜態工作點的數值，將其選在交流負載線的中點。這種判斷的方法僅適用于由npn型三極管組成的放大器,對于由pnp型三極管組成的放大器,因電源的

6、極性相反,所以結論剛好與npn型的相反。二、截止失真截止失真產生的原因 下圖所示為工作點太低的情況,由圖可知,當工作點太低時,放大器能對輸入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 0, 0,輸出電壓 vcc將不隨輸入信號而變化,產生輸出波形的失真。 這種失真是因工作點取的太低,輸入負半周信號時,三極管進入截止區而產生的失真,所以稱為截止失真。消除截止失真的方法同樣對由npn管子組成的共發射極放大器來說,當輸出信號的正半周產生失真時,說明輸入信號為負半周時電路產生了失真,輸入負半周信號與靜態工作點電壓相減,將使放大器的工作點進入截止區,所以

7、,這種情況的失真為截止失真,消除的辦法是提高電路靜態工作點的數值是指到達交流負載線的中點。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,所以結論剛好與npn型的相反。三、雙向失真產生雙向失真的原因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。消除雙向失真的方法改變這種失真的方法就是工作點q要設置在輸出特性曲線放大區的中間部位，減小輸

8、入的信號，選擇一個合理的輸入信號，使之正好工作在放大區域內。四、交越失真交越失真產生的原理 單管乙類功放電路僅在半個周期內有電流通過, 盡管減小了管耗, 有利于提高輸出效率, 但使輸入信號的半個波形被削掉, 存在嚴重的波形失真。如果用兩個管子, 使之都作在乙類放大狀態, 但是一個在正半周期, 而另一個工作在負半周期, 同時使這兩個輸出波形都能加到負載上, 從而使負載得到一個完整的波形, 這樣就能解決效率與失真的矛盾。電路原理圖如圖圖4電路中t1和t2 分別為npn和pnp型管, 當信號處于正半周期時,t1承擔放大任務, t2截至, 有電流通過負載rl而當信號處于負半周期時, 則剛好相反, t2

9、承擔放大任務,t1截至, 仍然有電流通過負載rl這樣, 上圖所示基本互補對稱電路實現了在靜態時管子不取電流, 而在有信號時,t1和t2 輪流導通。正負半周期的等效電路分別如圖：圖5由于三極管pn結的壓降, 上圖所示的互補對稱功放電路并不能使輸出波形很好地反映輸入的變化。由于沒有直流偏置, 管子的基極電流 , 必須在 大于某一數值 即門坎電壓, 硅管約為0.6v，鍺管約為0.2v， 時才有顯著變化。當低于這個數值時和基本為零, 負載rl 上無電流流過, 出現一段死區, 這就是交越失真產生的基本原理。下圖為交越失真產生的圖像：圖6克服交越失真的方法為了克服交越失真的影響，我們可以通過改進電路的方法

10、來實現。常見的方法有：甲乙類雙電源互補對稱電路法和甲乙類單電源互補對稱電路。甲乙類互補對稱法電路原理如下圖所示。由圖可見, t3組成前置放大級,t1和t2組成互補輸出級。靜態時, 在d1,d2上產生的壓降為t1,t1提供了一個適當的偏壓, 使之處于微導通狀態。由于電路的對稱, 靜態時 , 0, 0。有信號時, 由于電路工作在甲乙類, 即使很小, 基本上也可以進行線性放大。但是圖7的缺點就是其偏置電壓不易調整, 改進電路如圖8所示, 在圖8中流人t4的基極電流遠小于流過r1、r2的電流, 則由圖可以求出 r1+r2 /r2, 因此, 利用t4管的be基本為一固定值, 只要調整r1、r2的比值,

11、就可以改變t1、t2的偏壓值, 此法在集成電路中經常應用。圖7圖8五、負反饋改善失真波形負反饋改善失真波形原理下圖是處于開環狀態下的放大電路圖9由于放大器對信號正半周放大能力強，負半周能力弱，這樣就會使輸出波形上大下小圖10為了補償這種失真，我們采用閉環負反饋放大電路，圖11輸入波形通過放大器產生一個上大下小的波形，圖12這個失真的波形通過負反饋環節反饋到輸入環節與輸入波形相疊加產生波形再通過放大環節使得輸出信號近似于線性放大，補償了放大器所造成的失真圖13負反饋缺點但是負反饋改善波形的實質是利用失真減小失真，但不能完全消除失真，而且負反饋只能減小反饋環內的失真，如果輸入信號本身就是失真的負反

12、饋則不能改善其失真。六、頻率失真頻率失真的原因頻率失真：又稱線性失真，是由于線性電抗元件所引起的,它包括幅度失真和相位失真。假設某系統傳輸函數為h（jw），它規定了不同頻率的信號經過此系統時產生的不同的幅度和相位的變化。信號傳輸應用中，線路發送側發出某一頻率的信號，而這個信號的傳輸信道在此時就等價于一個傳輸系統（因為事實上的傳輸包括復用、解復用和各種轉換；線路傳輸中會有衰減、回波損耗等），這導致在接收端收到的信號與原信號在相位和幅值上是有差別的，且這種差別因頻率而變，這就叫頻率失真。幅度失真的原因幅度失真：輸入信號由基波和二次諧波組成，受放大電路帶寬限制 對于一個集成放大器，它有一個特定的增益

13、帶寬積，故頻率大的諧波分量，放大倍數低 ,基波增益較大，而二次諧波增益較小，輸出電壓波形產生了失真。相位失真的原因相位失真：指的是信號在傳輸和放大過程中發生了時間延遲。電容和電感對交流信號（電壓或電流）具有延遲作用。當一個交流信號經過電容、電感和電阻的時候，會有一個充放電的過程，這會導致這個交流信號的幅度變化時間“向后”推遲一段時間。在各種交流放大器中，采用的元器件或者是電感電容，或者是含有電感電容成分，而任何一個放大電路或者元器件我們都可以通過等效電路轉換成電感、電容、電阻和理想有源器件的組合?？偟膩碚f引起頻率失真的原因主要有放大電路存在電抗性元件，這些電抗性原件主要有耦合電容、旁路電容、分

14、布電容、變壓器、分布電感等，而影響低頻增益的電抗性元件主要有耦合電容與旁路電容，影響高頻增益的電抗性元件主要有晶體管的結電容及引線等一些雜散電容引起頻率失真的另外一個原因就是三極管的 是頻率的函數，低頻小信號模型不再適用，因為管子的值隨著信號頻率的增加而減小，也會導致高頻增益的下降。這時在研究頻率特性曲線時需要采用高頻小信號模型。圖14中頻段：電壓放大倍數近似為常。低頻段：耦合電容和發射極旁路電容的容抗增大，以致不可視為短路，因而造成電壓放大倍數減小。高頻段：晶體管的結電容以及電路中的分布電容等的容抗減小，以致不可視為開路，也會使電壓放大倍數降低。課外失真研究七、瞬態互調失真瞬態互調失真，簡稱

15、tim失真，是20世紀70年代公開發布的一種失真，它與負反饋關系密切。在輸入脈沖性瞬態信號時，電路中的電容使輸出端不能立即得到應有的輸出電壓，而使得負反饋電路不能得到及時的響應，功率放大器在這一瞬間處于開環狀態，使輸出瞬間過載而產生削波，這一削波失真稱為瞬態互調失真，這種失真在膽機（用電子管的放大器瞬態互調失真產生的原理 負反饋的作用使輸出起到與輸入相反的作用，使系統輸出與系統目標的誤差減小，系統趨于穩定，從而大幅度減少失真。但由于負反饋使輸入信號和反饋的輸出信號相減，降低了信號電平，當負反饋量大到使輸出信號降低到和輸入信號電平相同，即整個線路完全沒有放大時，這種放大器叫緩沖放大器，它有輸入阻

16、抗高，輸出阻抗低的優點，常被用來作阻抗匹配使用。如要要使輸出信號有較大的電平，那放大器的增益要相應加大，而這在膽機和晶體管機中并不困難。但負反饋在有效地降低失真時，卻引起新的失真即瞬態互調失真，這種失真在石機（以半導體器件為放大元件的音頻功率放大器消除瞬態失真的方法瞬態互調失真是由于負反饋放大器延時時間內增益特別大產生的，只要控制好這段時間內的增益即可消除瞬態互調失真。為了消除瞬態互調失真，在信號進入放大器的正相輸入端的同時，也在負相輸入端加上負反饋信號控制它的增益。雖然負反饋的時間延遲很難解決，但要減少其影響，可用大環路淺度負反饋，這樣就算有負反饋時間延遲，輸入信號也不過強；另外也可用多級負

17、反饋，這樣由于反饋時間快，路徑短，不容易誘發瞬態互調失真。此之外，在設計制作時還應盡量利用各種屏蔽和濾波措施來減少各種高頻干擾信號進入放大器，這些射頻干擾雖然人耳聽不見，但它們的頻率很高，極易誘發瞬態互調失真。瞬態互調失真是當信號速度超過放大器的瞬態響應能力范圍之外才會發生的，另外，除了這處失真外，過快的信號也會產生另一種即振鈴失真現象，當輸入信號速度快而幅度小時，最先出現的是振鈴現象，當這個信號的速度快到某種程度時瞬態互調失真也會出現，但當信號速度快兼幅度大時，是直接進入瞬態互調失真狀態。各種各樣的速度快但幅度小的高頻干擾噪音，最容易引發振鈴。八、總結本文主要研究了放大電路中的失真現象，簡要

18、的闡述了各種常見的失真的原因、原理以及如何消除或者降低這些失真。在初次著手這次課題時我的想法就是每一個失真自成一部分，每個部分分別按照其原理原因以及消除或減小該失真往下寫，沒有像其他同學那樣是按照線性失真與非線性失真寫的，我認為這樣寫的時候我的思路會更清晰一些，條理也更明朗。在做完這些初期準備之后，就真正開始下手寫這篇論文，首先就是收集課內的資料，我把放大電路失真部分的章節及課件又重新研讀了一遍，但是發現里面的信息太少了，為此我就通過網絡檢索，但是網絡檢索的缺點就是各種知識泛濫，根本找不出多少真正有價值的東西，而且其中不乏許多錯誤的東西，真正有用的還是學校圖書館，在圖書館閱覽室里面我查到了一部

19、分我想要的東西，在電子閱覽室的各數據庫里面又陸續檢索到一些有價值的資料，搜集資料也就告一段落。接下來就是自己需要寫的時候了，由于以前沒有寫過論文，經驗不足，事情并沒有想象中的順利，其中包括論文章節的安排、排序和排版，都不盡人意，但是在寫論文的過程中我對許多知識有了進一步的認識、將以前一些錯誤也改正了過來，比如：以前我認為交越失真是甲類功率放大器和乙類功率放大器所共有的，但在論文寫作時才知道原來我以前理解是錯誤的，交越失真是由于甲類功率放大器的效率比較低，為了提高效率，將放大器進行改進得到了乙類功率放大器，乙類功率放大器放大的效率比較大，但是電壓在零值附近是，由于三極管存在死區電壓，于是就發生了交越失真。在論文初稿完成之后，由于很多地方不符合其規范要求，比如文章標題、圖片、段落，這就進行了第二次的重新排版，在此次排版過程中，對整篇論文進行了重新安排，生成規定的論文格式。通過此次研究失真，我知道了失真在放大電路中是時時刻刻存在的，有時候是有益的、但有的時候又是有害的，比如在研究利