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1、模拟电子技术研究性课题论文 模拟电子技术研究性课题论文学 院 电子信息工程学院专 业 通信工程 学 号 姓 名 指导教师 2013年5月目录一、饱和失真1产生饱和失真的原因1消除失真的方法2二、截止失真3截止失真产生的原因3消除截止失真的方法3三、双向失真5产生双向失真的原因5消除双向失真的方法5四、交越失真5交越失真产生的原理5克服交越失真的方法6五、负反馈改善失真波形7负反馈改善失真波形原理7六、频率失真9频率失真的原因9幅度失真的原因9相位失真的原因9七、瞬态互调失真10瞬态互调失真产生的原理11消除瞬态失真的方法11八、总结12参考文献141放大电路失真现象的研究摘要：运算放大器广泛应
2、用在各种电路中，但是同时伴随着失真现象。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。本文通过研究基本放大电路出现的非线性失真的原因并且提出消除非线性失真的方法。关键词：失真 失真原因 失真解决方法Abstract：Operational amplifiers are widely used in various circuits, but at the same time it accompanied by distortion.
3、An ideal amplifier, the output signal 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 a
4、mplifier, this phenomenon is called distortion. This paper studies the basic amplifying circuit nonlinear distortion and proposed to eliminate the non-linear distortion.Key Words: Distortion Cause of the distortion Distortionsolution一、饱和失真产生饱和失真的原因 下图所示为工作点太高的情况,由下图可知,当工作点太高时,放大器能对输入的负半周信号实施正常的放大,而当
5、输入信号为正半周时,因输入信号太大,使三极管进入饱和区,IC=IB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。图1这种失真是因由于工作点取的太高,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。消除失真的方法对由NPN管子组成的共发射极放大器,当输出信号的负半周产生失真时,因共发射极放大器的输出和输入倒相（如图2）,输入波形输出波形 图2说明是输入信号为正半周时电路产生了失真。输入的正半周信号与静态工作点电压相加,将使放大器的工作点进入饱和区,所以,这种情况的失真为饱和失真,消除的办法是降低静态工作点的数值，将其选在交流负载
6、线的中点。这种判断的方法仅适用于由NPN型三极管组成的放大器,对于由PNP型三极管组成的放大器,因电源的极性相反,所以结论刚好与NPN型的相反。二、截止失真截止失真产生的原因 下图所示为工作点太低的情况,由图可知,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。 这种失真是因工作点取的太低,输入负半周信号时,三极管进入截止区而产生的失真,所以称为截止失真。图3消除截止失真的方法同样对由NPN管子组成的共发射极放大器来说,当输出信号
7、的正半周产生失真时,说明输入信号为负半周时电路产生了失真,输入负半周信号与静态工作点电压相减,将使放大器的工作点进入截止区,所以,这种情况的失真为截止失真,消除的办法是提高电路静态工作点的数值是指到达交流负载线的中点。这种判断的方法也仅适用于由NPN型三极管组成的放大器,对于由PNP型三极管组成的放大器,同样因电源的极性相反,所以结论刚好与NPN型的相反。三、双向失真产生双向失真的原因双向失真是指即在三极管输出特性曲线的饱和区失真又在截止区失真，三极管有饱和状态又有截止状态，向上达到饱和状态，向下到达截止状态，出现这种非线性失真不是由于电路中某个电路元件选择的不合适，而是由于信号源输入的信号过
8、大导致三极管在放大时出现了双向失真。消除双向失真的方法改变这种失真的方法就是工作点Q要设置在输出特性曲线放大区的中间部位，减小输入的信号，选择一个合理的输入信号，使之正好工作在放大区域内。四、交越失真交越失真产生的原理 单管乙类功放电路仅在半个周期内有电流通过, 尽管减小了管耗, 有利于提高输出效率, 但使输入信号的半个波形被削掉, 存在严重的波形失真。如果用两个管子, 使之都作在乙类放大状态, 但是一个在正半周期, 而另一个工作在负半周期, 同时使这两个输出波形都能加到负载上, 从而使负载得到一个完整的波形, 这样就能解决效率与失真的矛盾。电路原理图如图图4电路中T1和T2 分别为NPN和P
9、NP型管, 当信号处于正半周期时,T1承担放大任务, T2截至, 有电流通过负载RL而当信号处于负半周期时, 则刚好相反, T2承担放大任务,T1截至, 仍然有电流通过负载RL这样, 上图所示基本互补对称电路实现了在静态时管子不取电流, 而在有信号时,T1和T2 轮流导通。正负半周期的等效电路分别如图：图5由于三极管PN结的压降, 上图所示的互补对称功放电路并不能使输出波形很好地反映输入的变化。由于没有直流偏置, 管子的基极电流 IB , 必须在VBE 大于某一数值(即门坎电压, 硅管约为0.6v，锗管约为0.2v，)时才有显著变化。当Vi低于这个数值时iC1和iC2都基本为零, 负载RL 上
10、无电流流过, 出现一段死区, 这就是交越失真产生的基本原理。下图为交越失真产生的图像：图6克服交越失真的方法为了克服交越失真的影响，我们可以通过改进电路的方法来实现。常见的方法有：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所示。由图可见, 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,T1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ic1=ic2,il=0,v0=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7的缺点就是其偏置电压不易调整, 改进
11、电路如图8所示, 在图8中流人T4的基极电流远小于流过R1、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R1、R2的比值, 就可以改变T1、T2的偏压值, 此法在集成电路中经常应用。图7图8五、负反馈改善失真波形负反馈改善失真波形原理下图是处于开环状态下的放大电路图9由于放大器对信号正半周放大能力强，负半周能力弱，这样就会使输出波形上大下小图10为了补偿这种失真，我们采用闭环负反馈放大电路，图11输入波形Vi通过放大器产生一个上大下小的波形，图12这个失真的波形通过负反馈环节反馈到输入环节与输入波形相叠加产生Vi波形再通
12、过放大环节使得输出信号近似于线性放大，补偿了放大器所造成的失真图13负反馈缺点但是负反馈改善波形的实质是利用失真减小失真，但不能完全消除失真，而且负反馈只能减小反馈环内的失真，如果输入信号本身就是失真的负反馈则不能改善其失真。六、频率失真频率失真的原因频率失真：又称线性失真，是由于线性电抗元件所引起的,它包括幅度失真和相位失真。假设某系统传输函数为H（jw），它规定了不同频率的信号经过此系统时产生的不同的幅度和相位的变化。信号传输应用中，线路发送侧发出某一频率的信号，而这个信号的传输信道在此时就等价于一个传输系统（因为事实上的传输包括复用、解复用和各种转换；线路传输中会有衰减、回波损耗等），这
13、导致在接收端收到的信号与原信号在相位和幅值上是有差别的，且这种差别因频率而变，这就叫频率失真。幅度失真的原因幅度失真：输入信号由基波和二次谐波组成，受放大电路带宽限制(对于一个集成放大器，它有一个特定的增益带宽积，故频率大的谐波分量，放大倍数低),基波增益较大，而二次谐波增益较小，输出电压波形产生了失真。相位失真的原因相位失真：指的是信号在传输和放大过程中发生了时间延迟。电容和电感对交流信号（电压或电流）具有延迟作用。当一个交流信号经过电容、电感和电阻的时候，会有一个充放电的过程，这会导致这个交流信号的幅度变化时间“向后”推迟一段时间。在各种交流放大器中，采用的元器件或者是电感电容，或者是含有
14、电感电容成分，而任何一个放大电路或者元器件我们都可以通过等效电路转换成电感、电容、电阻和理想有源器件的组合。总的来说引起频率失真的原因主要有放大电路存在电抗性元件，这些电抗性原件主要有耦合电容、旁路电容、分布电容、变压器、分布电感等，而影响低频增益的电抗性元件主要有耦合电容与旁路电容，影响高频增益的电抗性元件主要有晶体管的结电容及引线等一些杂散电容引起频率失真的另外一个原因就是三极管的b(w)是频率的函数，低频小信号模型不再适用，因为管子的值随着信号频率的增加而减小，也会导致高频增益的下降。这时在研究频率特性曲线时需要采用高频小信号模型。图14中频段：电压放大倍数近似为常。低频段：耦合电容和发射极旁路电容的容抗增大，以致不可视为短路，因而造成电压放大倍数减小。高频段：晶体管的结电容以及电路中的分布电容等的容抗减小，以致不可视为开路，也会使电压放大倍数降低。 课外失真研究七、瞬态互调失真瞬态互调失真，简称TIM失真，是20世纪70年代公开发布的一种失真，它与负反馈关系密切。在输入脉冲性瞬态信号时，电路中的电容使输出端不能立即得到应有的输出电压，而使得负反馈电路不
