模电交越不对称相位失真等等的研讨教材.docx
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模电交越不对称相位失真等等的研讨教材
模拟电子技术研究性教学
失真放大电路的研究
班级:
自动化1104
小组成员:
贺瑶函
张小维
张慧
指导教师:
日期:
目录
一.引言3
二.失真的分类3
三.非线性失真4
1.饱和失真、截止失真、双向失真4
1.失真的原理4
2.失真的电路图5
3.消除失真的方法6
2.交越失真。
6
1.失真的原理7
2.失真的电路图7
3.去除失真的方法8
3.不对称失真8
1.失真的原理8
2.失真的电路原理图9
3.改进失真的原理10
4.不对称失真
(二)10
1.失真的原理10
2.失真的电路原理图10
3.改进失真的原理11
四.线性失真11
1.相位失真:
11
1.失真原理11
2.失真的电路图11
3.改进失真的原理12
2.运放的失真:
14
1.双向失真14
2.顶部、底部失真15
五.结论与总结15
六.参考文献17
一.引言
我们知道,电路相当于一个特定的数学运算,放大电路实现一种幅度变化运算。
在模拟电子技术中放大电路,我们把某一输入信号(连续信号)经过一个电路,进行在幅度上放大,然后输出。
对于理想的的放大电路,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,但波形应当是相同的.但是,在实际放大电路中,由于种种原因,输出信号不可能与输入信号的波形完全相同,产生了失真.本文全面的总结了放大电路中的常见的失真,给出了每种失真的具体电路,并给出了改进失真的办法。
并用multisim仿真,直观地显示了各种失真的输出变化。
二.失真的分类
放大器产生失真的原因主要有2个:
①放大器件的工作点进入了特性曲线的非线性区,使输入信号和输出信号不再保持线性关系,这样产生的失真称为非线性失真.
②放大器的频率特性不好,对输入信号中不同频率成分的增益不同或延时不同,这样产生的失真成为线性失真.
因此,放大器失真电路可以分为两类:
非线性失真和线性失真。
非线性失真产生的主要原因来自2方面:
1.晶体管等特性的非线性;
2.静态工作等位置设置的不合适或输入信号过大.
由于放大器件工作在非线性区而产生的非线性失真有五种:
饱和失真、截止失真、双向失真、交越失真和不对称失真。
由于放大电路中有隔直流电容、射极旁路电容、结电容和各种寄生电容,使得它对不同频率的输入信号所产生的增益及相移是不同的.这样,当输入信号是非正弦波时,即使电路工作在线性区,也会产生失真,称为线性失真。
三.非线性失真
非线性失真的特点:
输入正弦信号,输出将变成非正弦信号.而该非正弦信号是由基波和一系列谐波组成的。
常见的非线性失真有五种:
饱和失真、截止失真、双向失真、交越失真和不对称失真。
1.饱和失真、截止失真、双向失真。
1.失真的原理
晶体管,效应管是非线性元件,在它们的输出曲线(见图1)上只有一段区域是线性的。
我们通过设置静态工作点,使晶体管,效应管工作在线性区域。
但是,有可能静态工作点太高,或者太低,或者是输入信号太大,使输出信号发生失真;
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;
饱和失真、截止失真是由于静态工作点选择不合适造成的,而双向失真是由于输入信号太大造成的。
当输入信号太大时,我们知道,大部分放大电路的输入信号是直流叠加上一个交流。
因此,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。
图1晶体三极管的输出特性曲线
2.失真的电路图
我们知道饱和失真、截止失真、双向失真能在一个电路中出现,因为饱和失真、截止失真是由于静态工作点选择不合适造成的,而双向失真是由于输入信号太大造成的,因此,我们可以用射极偏置电路来实现着三种失真。
图2射极偏置电路
图3饱和失真输入输出电压波形
图4截止失真输入输出电压波形
图5饱和与截止失真
图6双向失真输入输出电压波形
3.消除失真的方法
截止失真:
使静态工作点上移。
对于射极偏置电路,方法是增加基极的电压。
既是减小Rb1或者增大Rb2.
饱和失真:
使静态工作点下移。
对于射极偏置电路,方法是减小基极的电压。
既是增大Rb1或者减小Rb2.
双向失真:
减小输入信号或者换晶体管。
2.交越失真。
1.失真的原理
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2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VBE较小时是弯曲的,晶体管基本上不导通,即存在死区电压Vr.当输入信号电压小于死区电压时,2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..因此在正、负半周交替过零处会出现一些失真,这个失真称为交越失真。
图7交越失真输入输出电压波形
2.失真的电路图
乙类偏置电路:
图8交越失真的电路图
我们通过对电路的静态直流分析,得到静态工作点,见图9.
图9交越失真电路的静态工作点分析图图10交越失真现象
3.去除失真的方法
消除交越失真的办法是给晶体管建立起始静态偏置,使它的基极电压始终不小于死区电压.为了不使电路的效率明显降低,起始静态偏置电流不应太大.这样就把乙类推挽放大器变成了经常使用的甲乙类推挽放大器.
在上述电路中,我们可以改变静态工作点,加大电阻阻值,产生0.7V压降的静态工作点电压,使输入信号即使为0是,三极管也工作在线性区域。
既是甲乙类功率放大器。
图11改进后的交越失真电路图12仿真电路
图13改进后的交越失真电路静态工作点分析图14改进后的波形
3.不对称失真
1.失真的原理:
不对称失真是由电路不对称,而使输入信号的正、负半周不对称,这种失真称为不对称失真.
图15不对称失真输入输出电压波形
2.失真的电路原理图;
电路原理图:
图16不对称失真电路图17(正弦信号)不对称失真波形
图18(矩形波信号)不对称失真波形
3.改进失真的原理:
采用负反馈,减小环内的非线性失真。
我们采用交流电压串联负反馈。
电路图:
图19不对称失真电路改进电路图20不对称失真电路改进后的波形
4.不对称失真
(二)
1.失真的原理
不对称失真是由电路不对称,而使输入信号的正、负半周不对称,这种失真称为不对称失真.
上面的不对称失真电路由于输入信号太弱,而且有些元件没有买的。
因此,我又设计了一个不对称失真电路。
2.失真的电路原理图
电路原理图:
图21失真电路图22失真波形
3.改进失真的原理
采用负反馈,减小环内的非线性失真。
我们采用交直流混合电流并联负反馈。
电路图:
图23改进后的电路图24改进后的波形
四.线性失真
1.相位失真:
(1)失真原理
由于电路中有源器件的等效电容(结电容),电路中的电感,电容使信号在传输和放大过程中发生了时间延迟,即相位的延迟。
(2)失真的电路图
失真电路图:
图25相位失真电路
我们运用multisim波特仪仿真电路相位特性,得到如下:
图26用彼特仪得到的幅频特性图图27用彼特仪得到的相频特性
为了显示效果,我们采用输入信号为矩形波,来观察相位失真,结果如下:
图28矩形波的失真波
(3)改进失真的原理
去除失真的方法:
采用深度负反馈,减小电阻,除去电容。
电路图为:
图29改进后的电路原理图
我们运用multisim波特仪仿真电路相位特性,得到如下:
图30用彼特仪得到的幅频特性图31用彼特仪得到的相频特性
为了显示效果,我们采用输入信号为矩形波,来观察相位失真,结果如下:
图32改进相位失真后的波形
2.运放失真:
(1)双向失真的电路图
图33双向失真电路
图34双向失真的波形
(2)顶部、底部失真的电路图
图35失真的电路图
图36底部失真的波形
图37底部失真的波形
五.结论与总结
我们知道,所有电路相当于一个特定的数学运算,放大电路实现一种幅度变化运算。
对于理想的的放大电路,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,但波形应当是相同的.但是,在实际放大电路中,由于种种原因,输出信号不可能与输入信号的波形完全相同,产生了失真.
非线性失真是放大器件的工作点进入了特性曲线的非线性区,使输入信号和输出信号不再保持线性关系而产生的失真.常见非线性失真有五种:
饱和失真、截止失真、双向失真、交越失真和不对称失真。
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。
饱和失真、截止失真是由于静态工作点选择不合适造成的,而双向失真是由于输入信号太大造成的。
它的改进方法:
饱和失真:
使静态工作点下移。
对于射极偏置电路,方法是增加基极的电压。
截止失真:
使静态工作点上移。
对于射极偏置电路,方法是减小基极的电压。
双向失真:
减小输入信号或者换晶体管。
交越失真是在乙类功率放大器(图8)中,当输入信号变化时,不足以克服三极管的死区电压,三极管不导通电。
在正、负半周交替过零处会出现一些失真。
它的改进方法:
去除失真的原理:
我们可以改变静态工作点,加大电阻阻值或者加两个二极管,产生0.7V压降的静态工作点电压,使没有输入信号,三极管也工作在线性区域。
既是甲乙类功率放大器。
不对称失真,就是由于工艺等因素,导致电路不对称使输出信号的正负半周信号幅度、波形,与输入信号不一致。
它的改进方法:
我们可以采用负反馈,减小反馈环内产生的非线性失真。
线性失真是放大器的频率特性不好,对输入信号中不同频率成分的增益不同或延时不同而产生的失真.线性失真是由于放大电路中有隔直流电容、射极旁路电容、结电容和各种寄生电容,使得它对不同频率的输入信号所产生的增益及相移是不同的.常见的线性失真是相位失真。
六.参考文献
[1]张勇,郝宁眉.Multisim在单管放大电路分析教学中的应用[J].电脑知识与技术.2009(31)
[2]肖渊.基于Multisim的放大电路设计及仿真研究[J].陕西科技大学学报(自然科学版).2009(04)
[3]李健明,彭仁明.基于Multisim放大电路的仿真分析[J].四川理工学院学报(自然科学版).2006(04)
[4]卢超.负反馈放大电路的仿真分析[J].现代电子技术.2005(16)
[5]雷芳,曾浩.Multism在电子电路教学中的应用[J].科技资讯.2007(25)
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