放大電路的失真研究

國家電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)題目：放大電路的失真研究學(xué)院：電子信息工程學(xué)院專業(yè)：學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：任課教師：2016 年6月1日

目錄1．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與要求（1）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）基本要求2．實(shí)驗(yàn)方案比較及論證（1）任務(wù)分析查找資料信息及過程文字說明及理論計(jì)算（2）方案比較基本原理闡述至少兩種解決方案（3）具體電路設(shè)計(jì)完整的電路原理圖及文字說明3．電路制作及測試（1）制作過程（2）測試方法（3）測試數(shù)據(jù)（表格）（4）數(shù)據(jù)分析（5）遇到的問題與解決方法（6）對(duì)電路的改造與創(chuàng)新4．總結(jié)(１)本人所做工作及組員之間合作情況(２）收獲與體會(huì)(３)對(duì)本課程的建議5．參考文獻(xiàn)1實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與要求（1）實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握失真放大電路的設(shè)計(jì)和解決電路的失真問題——針對(duì)工程問題，收集信息、查閱文獻(xiàn)、分析現(xiàn)有技術(shù)的特點(diǎn)與局限性,提高系統(tǒng)地構(gòu)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(shù)——依據(jù)解決方案，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)或模塊，在設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)上體現(xiàn)創(chuàng)造性。系統(tǒng)地歸納模擬電子技術(shù)中失真現(xiàn)象。3.具備通過現(xiàn)象分析電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)——對(duì)設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行功能和性能測試，進(jìn)行必要的方案改進(jìn)，提高改善電路的能力。（2）基本要求（1）輸入一標(biāo)準(zhǔn)正弦波，頻率2kHz，幅度50mV，輸出正弦波頻率2kHz，幅度1V。（2）輸入一標(biāo)準(zhǔn)正弦波，輸出波形失真且失真的種類有頂部失真，底部失真，雙向失真。（3）輸入一標(biāo)準(zhǔn)正弦波，其輸出波形為交越失真。（4）輸入一標(biāo)準(zhǔn)正弦波，其輸出波形為非對(duì)稱失真。2．實(shí)驗(yàn)方案比較及論證對(duì)于第一個(gè)電路（1）任務(wù)分析首先設(shè)計(jì)第一個(gè)電路，即射極偏置電路，我們用的是npn三極管，通過改變滑動(dòng)變阻器的阻值從而改變電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，當(dāng)靜態(tài)工作點(diǎn)過低處在截止區(qū)時(shí)會(huì)出現(xiàn)頂部失真，當(dāng)靜態(tài)工作點(diǎn)過高出于飽和區(qū)時(shí)會(huì)出現(xiàn)底部失真，當(dāng)靜態(tài)工作點(diǎn)在正常范圍內(nèi)會(huì)輸出正常波形。雙向失真是指即在三極管輸出特性曲線的飽和區(qū)失真又在截止區(qū)失真，三極管有飽和狀態(tài)又有截止?fàn)顟B(tài)，向上達(dá)到飽和狀態(tài)，向下到達(dá)截止?fàn)顟B(tài)，出現(xiàn)這種非線性失真不是由于電路中某個(gè)電路元件選擇的不合適，而是由于信號(hào)源輸入的信號(hào)過大導(dǎo)致三極管在放大時(shí)出現(xiàn)了雙向失真。所以同一個(gè)電路只要擴(kuò)大輸入電壓幅值就可以輸出雙向失真波形。查找資料信息及過程：我們先是看了ppt給的提示，然后還查找了《模擬集成電路基礎(chǔ)》然后還參考了《電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)》.（2）方案比較失敗的方案：失敗原因：這個(gè)方案過于繁瑣，而且由于電阻過多導(dǎo)致放大倍數(shù)不夠輸出的波形不理想，后來我們把不必要的電阻和電容去掉了，使電壓增益符合了要求。最終成功的方案：（3）具體電路設(shè)計(jì)當(dāng)靜態(tài)工作點(diǎn)過低處在截止區(qū)時(shí)會(huì)出現(xiàn)頂部失真，當(dāng)靜態(tài)工作點(diǎn)過高出于飽和區(qū)時(shí)會(huì)出現(xiàn)底部失真，當(dāng)靜態(tài)工作點(diǎn)在正常范圍內(nèi)會(huì)輸出正常波形。信號(hào)源輸入的信號(hào)過大時(shí)會(huì)出現(xiàn)雙向失真。具體電路圖如上圖所示。對(duì)于第二個(gè)電路（1）任務(wù)分析交越失真是由于晶體管的門限電壓（即死區(qū)電壓）而產(chǎn)生，當(dāng)三極管工作在乙類互補(bǔ)推挽功率放大電路時(shí)，由于輸入回路沒有加基極偏流，而管子的ib必須在Ube大于一定數(shù)值(即門限電壓，硅管約0．7V)后才有顯著地增加。所以在輸入信號(hào)電壓很低的時(shí)候，晶體管的集電極電流基本上為零，則負(fù)載所得到的電壓或電流將出現(xiàn)一段“死區(qū)”，使得輸出信號(hào)波形在兩管交替導(dǎo)通處出現(xiàn)失真。為了克服交越失真的影響，設(shè)計(jì)出甲乙類互補(bǔ)推挽功率放大電路。通過二極管的壓降0.7V克服交越失真。查找資料信息及過程：我們先是看了ppt給的提示，然后還查找了《模擬集成電路基礎(chǔ)》然后還參考了《電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)》.（2）方案比較失敗的方案：錯(cuò)誤原因：這個(gè)方案我們仿真的時(shí)候沒有問題，但是焊完了板子之后只工作了一天，第二天檢查的時(shí)候就燒掉了，我們考慮應(yīng)該在三極管集電極上串聯(lián)電阻，避免由于電流過大而燒壞電路。成功的方案：（3）具體電路設(shè)計(jì)電路如上圖所示，斷開開關(guān)，由于兩個(gè)二極管的0.7V壓降作用會(huì)克服死區(qū)電壓，從而克服交越失真，連接開關(guān)二極管會(huì)被短路，由于三極管有死區(qū)電壓所以在輸入小信號(hào)時(shí)會(huì)出現(xiàn)輸出為零的情況即會(huì)出現(xiàn)交越失真波形。第三個(gè)電路（1）任務(wù)分析不對(duì)稱失真是由電路不對(duì)稱,而使輸出信號(hào)的正、負(fù)半周不對(duì)稱所造成的失真。我們采用三個(gè)NPN型三極管與反饋電路，將正弦波X軸之上的部分減小，整合為負(fù)值，使輸出的波形出現(xiàn)不對(duì)稱失真。文件參考來自課件PPT，《模擬集成電路基礎(chǔ)》，與《電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)》。（2）方案比較失敗方案失敗原因：反饋不應(yīng)該接在基極上而應(yīng)該接在集電極上，后來我們改進(jìn)了電路。成功方案這個(gè)電路Multisim仿真沒有問題，但是實(shí)際焊之后失真并不明顯，所以我們把基極的電阻改成了100K歐姆。（3）具體電路設(shè)計(jì)不對(duì)稱失真是由電路不對(duì)稱導(dǎo)致放大倍數(shù)不同,而使輸出信號(hào)的正、負(fù)半周不對(duì)稱所造成的失真，引入反饋后可以消除不對(duì)稱失真。具體電路如上圖所示。3．電路制作及測試第一個(gè)電路（1）制作過程：設(shè)計(jì)電路圖，用Multisim仿真，焊板子，測試實(shí)驗(yàn)。（2）測試方法：，用Multisim仿真和板子的測試實(shí)驗(yàn)。（3）測試結(jié)果：用Multisim滑變電阻器阻值調(diào)節(jié)為32%時(shí)會(huì)輸出正常的放大的正弦波形，當(dāng)輸入0.05V時(shí)，輸出的正弦波幅值為0.946898V（大約為1V）。仿真結(jié)果如下圖所示：頂部失真底部失真雙向失真正常波形表格失真類型電壓滑動(dòng)變阻器阻值（百分比）頂部失真0.3v50%雙向失真0.6v32%底部失真0.3v25%正常波形0.3v32%（4）數(shù)據(jù)分析輸入2KH，0.3V左右的電壓，隨著調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器阻值由小變大，IBQ的值就會(huì)從大變小，波形就會(huì)從截止失真到正常波形到底部失真。當(dāng)輸入信號(hào)變大為0.6V時(shí)，正常的波形就會(huì)變成雙向失真。（5）遇到的問題與解決方法遇到放大增益不合適的問題，改變阻值解決。（6）對(duì)電路的改造與創(chuàng)新在原有失敗的電路上去掉了沒用的電阻和電容。擴(kuò)大了增益使增益符合要求，也使電路更穩(wěn)定。第二個(gè)電路（1）制作過程：設(shè)計(jì)電路圖，用Multisim仿真，焊板子，測試實(shí)驗(yàn)。（2）測試方法：，用Multisim仿真和板子的測試實(shí)驗(yàn)。（3）測試結(jié)果：失真波形克服失真波形表格開關(guān)失真開無關(guān)有（4）數(shù)據(jù)分析斷開開關(guān)，由于兩個(gè)二極管的0.7V壓降會(huì)克服三極管的死區(qū)電壓，從而克服交越失真，連接開關(guān)二極管會(huì)被短路，會(huì)出現(xiàn)交越失真波形。（5）遇到的問題與解決方法電路被燒毀。加了兩個(gè)電阻解決。（6）對(duì)電路的改造與創(chuàng)新在原有的甲乙類互補(bǔ)推挽放大電路的基礎(chǔ)上加了開關(guān)和電阻。使開關(guān)可以控制失真與否，電阻可以防止電路被燒，保護(hù)電路。第三個(gè)電路（1）制作過程設(shè)計(jì)電路-用MUTILISIM仿真-制作實(shí)物-進(jìn)行測試測試方法用Multisim仿真和板子的測試實(shí)驗(yàn)。測試數(shù)據(jù)（表格）表格開關(guān)狀態(tài)失真與否高低電平幅值只差與峰峰值之比開不對(duì)稱失真10.24%關(guān)不失真1%正常（加入反饋的電路）波形失真波形數(shù)據(jù)分析引入反饋可以克服失真。在未引入反饋時(shí)由于差分放大電路的不對(duì)稱會(huì)使電路放大增益不同，剛開始10K歐姆的時(shí)候不對(duì)稱失真大概只可以達(dá)到6%，后來我們換成了100K歐姆的電阻，高電平與低電平絕對(duì)值的差值為0.21V，峰峰值為2.05V，不對(duì)稱失真可以達(dá)到10.24%，而且引入反饋后我們的差值與峰峰值的比可以控制在1%左右。遇到的問題與解決方法在Multisim仿真時(shí)我們很多電路都可以成功，但是真正焊出來的時(shí)候大部分的電路都出不來理想的波形，我們以前設(shè)計(jì)的基極接的電阻10k歐姆出來的不對(duì)稱失真不明顯，所以我們在后來調(diào)試的過程中把電路改成了100K歐姆。4．總結(jié)(１)本人所做工作及組員之間合作情況本人所做工作：合作完成三個(gè)電路圖的設(shè)計(jì)，自己完成第一個(gè)電路與第二個(gè)電路的Multisim仿真，焊第一個(gè)電路并測試。報(bào)告的基礎(chǔ)部分實(shí)驗(yàn)的撰寫。合作完成了三個(gè)電路的測試。組員合作情況：我們?nèi)齻€(gè)合作完成了這三個(gè)實(shí)驗(yàn)電路圖的設(shè)計(jì)，我負(fù)責(zé)焊完了第一個(gè)實(shí)驗(yàn)電路，張小綠焊完了第二個(gè)和第三個(gè)實(shí)驗(yàn)電路，我們?nèi)齻€(gè)一起進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)的測試，我負(fù)責(zé)了基礎(chǔ)部分的實(shí)驗(yàn)Multisim仿真，某某某完成了拓展部分的Multisim仿真。報(bào)告的基礎(chǔ)部分實(shí)驗(yàn)由我撰寫，拓展部分由某某某撰寫。(２）收獲與體會(huì)這次的實(shí)驗(yàn)讓我收獲頗豐，無論是實(shí)踐方面還是理論方面都有了很大的提高，而且對(duì)于Multisim的軟件使用也越來熟練。首先我們得根據(jù)要求我們輸出的失真波形設(shè)計(jì)電路，這就要求我們得有扎實(shí)的基本功才能設(shè)計(jì)出相應(yīng)的電路，我對(duì)于三極管的射極偏置電路有了更深入的了解，而且對(duì)于三極管的靜態(tài)工作點(diǎn)和工作狀態(tài)有了更深入的研究，我還復(fù)習(xí)了甲類，乙類互補(bǔ)推挽，甲乙類互補(bǔ)推挽功率放大電路。對(duì)于交越失真和如何克服交越失真有了更好的了解。在設(shè)計(jì)拓展電路時(shí)我復(fù)習(xí)了負(fù)反饋方面的知識(shí)。在實(shí)踐方面真的是經(jīng)歷了各種失敗，各種推翻再重新仿真試驗(yàn)。很多時(shí)候雖然在Multisim仿真可以出來正常的波形和失真的波形，但是焊出來板子之后試驗(yàn)卻不能達(dá)到預(yù)期的效果，我們都不知道到底是我們焊板子焊錯(cuò)了還是本身電路的問題，甚至偶爾都不是這些問題而是儀器的問題，但是我們需要一遍一遍檢查我們的電路是不是焊的出現(xiàn)問題出現(xiàn)短路或斷路了，剛開始焊的時(shí)候確實(shí)出現(xiàn)了各種問題，有的時(shí)候忘了焊某一條通路整個(gè)波形都無法出來，經(jīng)過改正后也未必能出來波形，有的時(shí)候?qū)嶒?yàn)就是這樣，Multisim仿真都對(duì)焊的板子也對(duì)，可是就是無法出來波形，這個(gè)時(shí)候我們就需要推翻之前的電路重新設(shè)計(jì)一個(gè)電路焊，有的時(shí)候示波器還不好使我們需要更換好幾個(gè)地方去測試。真的是經(jīng)歷了重重困難然而好好的板子說燒就燒，交越失真的電路我們設(shè)計(jì)的不夠考慮周到，只是考慮了它的輸出可以輸出失真和正常波形實(shí)驗(yàn)成功后第二天待檢驗(yàn)的時(shí)候就燒掉了，那個(gè)時(shí)候真的是心碎到無法呼吸。但是經(jīng)歷了各種失敗后我發(fā)現(xiàn)我們在焊板子，板子的設(shè)計(jì)方面做得更得心應(yīng)手了，我們在測試板子上有了更多的經(jīng)驗(yàn)。我發(fā)現(xiàn)很多時(shí)候剛開始接觸一個(gè)東西什么都做不出來的時(shí)候很崩潰，好不容易做出來的東西被燒壞更崩潰，可是經(jīng)歷過這些之后的成果真的很讓人欣喜。很多東西都是感覺難的不行一點(diǎn)頭緒都沒有可是挺過去之后就會(huì)茅塞頓開收獲不少。(３)對(duì)本課程的建議我覺得本課程的設(shè)計(jì)思路非常好，但是如果能做到硬件的總夠支持就更好了。首先我發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室的個(gè)別儀器在實(shí)驗(yàn)的時(shí)候不是特別好使，特別是示波器這一方面，有一次我們明明實(shí)驗(yàn)是可以輸出交越失真波形的電路但是第二天再去測試的時(shí)候怎么調(diào)試示波器波形都不對(duì)，我們還以為是板子出了問題，還好后來去另一個(gè)實(shí)驗(yàn)室試了一下成功了。而且我覺得輸入50mv的時(shí)候Multisim仿真還可以，但是真正實(shí)驗(yàn)的時(shí)候效果就出不來了