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1、国家电工电子实验教学中心模拟电子技术实 验 报 告实验题目： 放大电路的失真研究 学 院：电子信息工程学院专 业：通信工程学生姓名：学 号：任课教师： 2017 年 5 月 17 日目 录1 实验题目及要求22 实验目的与知识背景23 实验过程33.1 选取的实验电路及输入输出波形33.2 每个电路的讨论和方案比较14 3.3 分析研究实验数据154 总结与体会164.1 通过本次实验那些能力得到提高，那些解决的问题印象深刻，有那些创新点。16 4.2 对本课程的意见与建议.175 参考文献171 实验题目及要求(1)输入一标准正弦波，频率2kHz，幅度50mV，输出正弦波频率2kHz，幅度1
2、V;(2)设计电路使其产生截止失真,饱和失真，交越失真以及非对称失真。产生之后，通过调节电路中的器件还能够使其恢复到正常波形;(3)讨论产生失真的机理，阐述解决问题的办法;(4) 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的工作,将运放接成任意负反馈放大器，要求负载2k,放大倍数为1，将振荡频率提高至fT的95%，观察输出波形是否失真，若将振荡器频率提高至fT的110%，观察输出波形是否失真,放大倍数保持100，振荡频率提高至fT的95%或更高一点，保持不失真放大，将纯阻抗负载2k替换为容抗负载20F，观察失真的输出波形; (5)设计电路，改善上述输出波形失真；（6）设计
3、一频率范围在20Hz20kHz的语音放大器；（7）将各种失真引入语音放大器，观察、倾听语音输出。2 实验目的与知识背景2.1 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；（2） 掌握消除放大电路各种失真技术；（3） 具备通过现象分析电路结构特点。2.2 知识点（1） 非线性失真对放大电路性能的影响；放大器的输出信号与输入信号在波形上的畸变称为失真，失真将影响到放大信号的真实性。例如，我们和家人通电话时的声音与面谈时的声音有一定的差别，这种差别就是由电话机中放大电路和元件失真引起的。（2）引起失真的原因静态工作点不合适；输入信号太大，使放大电路的工作范围超出了晶体管特性曲线上的线
4、性范围。这种失真通常称为非线性失真。静态工作点位置不合适，对波形失真的影响可分两种情况说明：a静态工作点偏低时产生截止失真（图2-17）当静态工作点偏低为QB时，接近截止区，交流量在截止区不能放大(三极管截 止)，使输出电压波形正半周被削顶，产生截止失真。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。b静态工作点偏高时产生饱和失真（图2-17）当静态工作点偏高为QA时，接近饱和区，交流量在饱和区不能放大，使输出电压波形负半周被削底，产生饱和
5、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。c.门限电压的存在产生交越失真由于晶体管的门限电压不为零，比如一般的硅三极管，NPN型在0.7V以上才导通，这样在00.7就存在死区，不能完全模拟出输入信号波形，PNP型小于-0.7V才导通，比如当输入的交流的正弦波时，在-0.70.7之间两个管子都不能导通，输出波形对输入波形来说这就存在失真，即为交越失真。克服交越失真的措施是：避开死区电压区，使每一晶体管处于微导通状态，一旦加入输入信号，使其马
6、上进入线性工作区。因此，要放大电路不产生失真，必须有一个合适的静态工作点Q，它应大致选在交流负载线的中点。此外，输入信号ui的幅值不能太大，以避免放大电路的工作范围超过特性曲线的线性范围。3 实验过程3.1 选取的实验电路及输入输出波形3.1.1 饱和截至双向失真的产生及消除选取的实验电路图输入一标准正弦波，频率2kHz，幅度50mV软件仿真结果：当滑动变阻器处于20%的时候出现饱和失真当滑动变阻器处于5%的时候出现截至失真双向失真实际电路焊接结果：3.1.2 交越失真的产生与消除选取的实验电路图：软件仿真结果：J1和J2两个开关都处于闭合状态出现交越失真J1和J2两个开关都处于开启状态恢复标
7、准正弦波3.1.3 非对称失真的产生与消除选取的实验电路图与仿真结果：当开关处于开启状态没有加入负反馈的时候会出现非对称失真当开关处于闭合状态，在电路中加入负反馈后恢复标准正弦波3.2 每个电路的讨论和方案比较3.2.1饱和截止双向失真晶体管，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
8、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。3.2.2交越失真交越失真是乙类推挽放大器所特有的失真，由于晶体管存在阈值电压，输出电压在的范围内接近于0，从而使输出电压波形在这一范围内产生失真。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。3.2.3 不对称失真不对称失真是由于晶体管的非线性，信号在被放大的同时，输出信号中会产生输入信号所没有的谐波分量，而使输出信号的正、负半周不
9、对称，这种失真称为不对称失真。3.3 分析研究实验数据（各种失真对应的电路参数及测量数据与不失真电路的参数测量数据的比较分析）3.3.1 饱和截止双向电路参数：R1:3k R2：24k2个变阻器:500kC1,C2:10uF三极管：2N4401测量数据：输入50mv,输出1V3.3.2 交越电路参数：R1，R2，R3，R4：1kR5：10k三极管;2N4401,2N4403二极管两个开关1个输入3v，频率1kHz3.3.3 不对称电路参数：R1,R2,R3,R4,R5:10kR6,R7:1kC1：10uF三极管三个：2N4401开关一个3.3.4 运放之容性负载电路参数：R1，R2，R3，R4
10、：1kR5:100kR6：2kC1:22uF运放：LM3244 总结与体会4.1 通过本次实验那些能力得到提高，那些解决的问题印象深刻，有那些创新点。通过这次模电实验的设计，我对模拟集成电路基础理论课上的几种失真有了更加深刻的理解，怎样产生、怎样消除、怎样已知电路去根据目的来设计元件参数等等一些问题。这次设计试验主要验证分析了饱和失真、截止失真、双向失真、交越失真和不对称失真五种失真电路。经过上一个设计实验之后，明显对设计性的实验有了很大的适应，显得不再是那么慌张和不知所措，多了许多淡定和从容。从理论知识开始，经过电路设计、电路仿真、电路参数的不断确定，到最后买元件、焊电路板、实际测试、测试后
11、的检查和调试等等，一切都进行的井井有序。对于设计测试过程，只要认认真真的去做，哪怕出现问题，也能准确而快速的解决。我感觉实验的目的就在这里，使我们熟悉设计测试的过程，使我们进步。同时，我也熟悉了负反馈在电路的作用，比如在不对称失真时，由于晶体管的非线性，信号在被放大的同时，输出信号中会产生输入信号所没有的谐波分量，而使输出信号的正、负半周不对称。加入输出信号是正半周大、负半周小，如果加入负反馈的话，反馈信号也是正半周大、负半周小，使得净输入信号变成正半周小、负半周大，这样再经放大，输出信号的失真波形得到了纠正，使之接近于正弦波。这次的设计实验不再像上一个实验一样是三人一组完成的，而是一人一组完
12、成的，显然增加了一些难度，但是只要认认真真的按照所想的步骤去完成所设计的实验，结果就不会有问题。同时老师所发的一些资料、视频等等对我也有很大的帮助。在两次设计实验焊接电路板的过程中，我都出现了一些问题，显然对焊接电路板还不够熟悉，以后需要加强焊接的练习。4.2 对本课程的意见与建议我建议实验室可以设置一个元件库给学生提供各类元件，方便实验的进行。5 参考文献1路勇.模拟集成电路基础.中国铁道出版社，20102华成英.模拟电子技术基础教程.清华大学出版社，20123侯建军. 电子技术基础实验、综合设计实验与课程设计.北京：高等教育出版社.20074高吉祥.电子技术基础实验与课程设计M. 北京:电子工业出版社, 2012.