北交大模电实验放大电路失真研究Word文档格式.docx
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学号:
任课教师:
2014年5月27日
一、实验题目及要求
1、基本要求
(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。
2、发挥部分
(1)图1(f)是电路输出失真波形,设计电路并改进。
(2)任意选择一运算放大器,测出增益带宽积fT。
并重新完成前面基本要求和发挥部分的工作。
(3)将运算放大器连接成任意负反馈放大器,要求负载2kΩ,放大器的放大倍数为100,将振荡器频率提高至fT/100的95%,观察输出波形是否失真,若将振荡器频率提高至fT/100的110%,观察输出波形是否失真。
(4)放大器的放大倍数保持100,将振荡器频率提高至fT/100的95%或更高一点,保持不失真放大,将纯阻抗负载2kΩ替换为容抗负载20F,观察失真的输出波形。
(5)改善发挥部分(4)的输出波形不失真,设计并完成电路。
(6)其他失真研究
3、失真研究
(1)通过图1(b)、(c)和(d)的失真设计,讨论产生失真的机理,阐述解决问题的办法。
(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。
(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。
(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。
(5)讨论共基放大电路、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。
(6)负反馈可解决波形失真,解决的是哪类失真?
(7)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?
(8)由单电源供电的运算放大器组成电路会出现哪种失真?
(9)测量增益带宽积fT有哪些方法?
(10)提高频率后若失真,属于哪类失真?
(11)电阻负载改成大容性负载会出现什么失真?
(12)有哪些方法可以克服电阻负载改成大容性负载出现的失真?
(13)归纳失真现象,并阐述解决失真的技术。
二、实验目的与知识背景
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——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
2、知识点
(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。
三、实验过程及分析
1、饱和、截止、双向失真
(1)设计要求
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。
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:
分析知道,其增益为:
设计如下电路图
对于射级偏置电路,当静态工作点太低时,导致输出波形失真,则为截止失真;
当静态工作点太高时,导致输出波形失真,则为饱和失真;
当输入信号太大时,可能使被放大的信号同时在饱和区与截止区,这就产生了双向失真。
(2)实验电路
(3)实验现象
①不失真波形
②顶部失真波形
③底部失真波形
④双向失真波形
(4)实验分析
调节电位器R3的阻值,可以改变三极管的静态工作点,使之产生截止失真(静态工作点偏低)、正常波形(静态工作点适合)、饱和失真(静态工作点偏高)。
当增大输入时,输入幅度超过三极管正常工作范围时可以产生双向失真。
双向失真消除办法:
①更换工作范围更大的三极管
②减小输入幅度
2、交越失真
(1)设计电路
分析知道,此输出波形为交越失真。
我们可以采用乙类功率放大器,改进时使用甲乙类功率放大器。
(2)实验现象
①失真波形
②正常波形
(3)实验结果分析
当输入电压很小在0附近时,三极管基级和发射级电压达不到要求,不能正常导通;
当电路加上二极管时,由于二极管导通有一定的压降,给三极管提供了偏置,从而消除交越失真。
3、不对称失真
(1)电路设计
不对称失真是由电路不对称,而使输出信号的正、负半轴不对称,设计电路如下
②改善后波形
当R4不接入时,将输出(下面的部分)的波谷与输入(上面的部分)的波谷重合,而波峰不重合,说明产生不对称失真。
将电路图中的开关闭合,将R4输出反馈到输入端,不对称失真消除。
说明R1反馈可以消除不对称失真。
同时可以发现,接入反馈支路时,电路增益减小。
4、增益带宽积
为节省资源,特将增益带宽积的测试电路与容性负载的电路杂糅到一起,利用单刀双掷开关实现电路转换,电路图如下:
(2)实验结果
实验测得中频增益为100倍,增大输入信号频率,将输出峰-峰值调整为最大值的0.707倍,测得带宽为10.2KHz,所以增益带宽积为1.02M。
5、容性负载
放大器的放大倍数保持100,将振荡器频率提高至fT/100的95%或更高一点,保持不失真放大,将纯阻抗负载2kΩ替换为容抗负载20F,观察失真的输出波形。
控制电位器J2是电路接入容性负载。
通过示波器测量,发现波形失真,变为近似三角波
采用负反馈,通过开关S1,使负反馈加大。
观察波形,得到:
四、总结与体会
1、实验总结
通过本次研究性学习,我对各种失真放大电路有了更加深刻、全面的理解,明白了饱和、截止、双向、交越、不对称失真产生的原因,学会了怎样消除它,体会到了理论与实践相结合的道理。
设计电路时,有时候软件仿真没问题,将电路焊接出来却没有预期的效果,这个过程中我学会了简单的检查与调试电路,并熟练了常见电路焊接问题(如接触不良、接地等)的解决办法。
另外我也学到了信号发生器、示波器、multisim仿真软件的使用办法,这对以后的学习也有很大的帮助。
2、对本课程的意见与建议
由于实验室新更换了示波器,不少同学对新仪器的使用方法不是很了解,所以即照成了仪器的损坏,又消耗了老师与同学的时间,所以建议在以后的教学中,首先介绍仪器的使用,规范操作方法,避免仪器的损坏,提高同学测试效率
五、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,2012
[2]陈希湘,张明波.三极管放大电路波形失真分析小结[J].电脑知识与技术,2012,08(17)
[3]张巍.晶体三极管放大电路的非线形失真及其解决办法[J].中小企业管理与科技,2009,(21)
[4]yonanong.2012.Multisim实用基础教程
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