失真实验报告 模拟电子技术

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：非线性失真设计
学院：电子信息工程
专业：通信工程
学生姓名：王斯宇
学号：11211116
任课教师：佟毅老师
2013 年 6 月7 日
目录
1 实验题目及要求 (1)
1.1实验题目 (1)
1.2实验要求 (1)
2 实验目的与知识背景 (1)
2.1 实验目的 (1)
2.2 知识点 (1)
2.2.1饱和失真与截止失真 (2)
2.2.1.1截止失真 (2)
2.2.1.2饱和失真 (3)
2.2.2 双向失真 (3)
2.2.3 交越失真 (4)
2.2.4 不对称失真 (4)
3 实验过程 (5)
3.1 选取的实验电路及输入输出波形 (5)
3.1.1截止、饱和、双向失真电路及仿真 (5)
3.1.2交越失真电路及仿真 (6)
3.1.3不对称失真仿真结果 (8)
3.2 每个电路的讨论和方案比较 (10)
3.2.1截止、饱和、双向失真电路 (10)
3.2.2交越失真 (10)
3.2.3不对称失真 (10)
3.3 分析研究实验数据 (11)
4 总结与体会 (12)
4.1 通过本次实验得到提高，解决问题，创新点 (12)
4.2 对本课程的意见与建议······································
5 参考文献
1 实验题目及要求
1.1实验题目：非线性失真研究
1.2实验要求：
（1）设计一个具有截止失真，饱和失真，和双向失真的电路；
（2）设计一个交越失真的电路，并提出改进电路方法进行验证；
（3）设计一个不对称失真的电路，提出改进电路方法进行验证。

对以上电路进行仿真验证及实物的数据测量。

2 实验目的与知识背景
2.1 实验目的
（1）熟悉掌握非线性失真的类型和波形特点；
（2）掌握改进电路的方法原理；
（3）使用multisum软件进行仿真；
（4）实物的焊接练习，实现设计指标并测试。

2.2 知识点
非线性失真亦称波形失真、非线性畸变，表现为音响系统输出信号与输入信号不成线性关系，由电子元器特性：曲线的非线性所引起，使输出信号中产生新的谐波成分，改变了原信号频谱，包括谐波失真、瞬态互调失真、互调失真等，非线性失真不仅会破坏音质，还有可能由于过量的高频谐波和直流分量烧毁音箱高音扬声器和低音扬声器。

非线性失真存在于音响系统的各个环节中，无论采取何种技术措施，想要完全消除它是不可能的。

但是通过对电路的改进我们可以通过负反馈，限幅二极管等常见器件进行电路的改进，从而减弱失真的强度，使输出波形尽可能的接近输入波形，满足实验要求。

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．
非线性失真：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。

非线性失真产生的主要原因：（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5种：饱和失真、截止失真、双向失真、交越失真和不对称失真。

非线性失真的特征是产生新的频率分量，即产生输入信号的单频分量为基波分量的高次谐波分量。

2.2.1饱和失真与截止失真
当放大器的工作点选的太低,或太高时,放大器将不能对输入信号实施正常的放大。

如右图：三极管工作区域划分
如下图：输入、输出波形关系图例
2.2.1.1截止失真
图3-1-1所示为工作点太低的情况,由图可见,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,因将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3-1-2所示为工作点太高的情况,由图可见,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,而当输入信号为正半周时,因太大了,使三极管进入饱和区,ic=βib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。

这种失真是因工作点取的太高,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。

2.2.2 双向失真
工作点偏高,输出波形易产生饱和失真;工作点偏低,输出波形易产生截止失真。

但当输入信号过大时,管子将工作在非线性区,输出波形会产生双向失真。

此时静态工作点合适，但输入波形的幅度超过了直流的最大幅度，当输出信号过大时可能会出现饱和失真与截止失真一块儿出现的失真现象，称之为双向失真。

即出现如图3-2所示的波形。

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，由两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Ube较小时是弯曲的，晶体管基本上不导通，即存在死区电压V r。

当输入信号电压小于死区电压时，两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. 这种失真是由于两只晶体管在交替工作时“交接”不好而产生的,称为交越失真.
如图3-3所示，此即为交越失真波形。

2.2.4 不对称失真
不对称失真也是推挽放大器所特有的失真。

它是由于推挽管特性不对称,而使输入信号的正、负半周不对称。

消除这种失真的办法是选用特性对称的推挽管. 尤其是在O TL 与OCL 电路中,互补管应选用同一种材料的, 就是说都选用锗管,或者都选用硅管,以保证其输入特性的对称。

如图3-4所示为一甲乙类推挽放大器，当开关K在右边时该放大器的推挽管推挽特性完全对称，此时输入与输出无失真。

当开关K在左边时，晶体管T1串联了一个电阻R0，相当于T1的基射极阻抗增加了R0，若将T1,R0整体看做一个晶体管，则此时T1，T2的推挽特性不再对称，输出图3-4-1正负半周幅度不同的失真信号，此即为不对称失真的波形。

3 实验过程
3.1 选取的实验电路及输入输出波形
3.1.1截止、饱和、双向失真电路及仿真
电路图：
仿真结果：
饱和失真截止失真
双向失真
3.1.2交越失真电路及仿真电路图：
改进后的电路：
改进后电路输出波形：交越失真明显消除
3.1.3不对称失真仿真结果
原理图：
从图中对比可看出：输入信号正负半周的幅值一致，而橘色的输出信号明显正半周信号的幅值小，负半周信号的幅值大，有明显的不对称失真现象。

输出放大后图：
改进后：
输出波形：
可以看出输出结果和输入波形（幅值不同，为方便观察，调到波形近似）极为相似。

不对称失真明显减弱。

3.2 每个电路的讨论和方案比较
3.2.1截止、饱和、双向失真电路
（1）截止、饱和、双向失真电路板遇到的问题：
①同一块电路板的三个图像都没有出现
②电路板背面布线混乱
（2）出现上述现象的原因：
①电路板焊接有问题，如虚焊
②输入电压有误，误将50mV输入成了1V，看不到波形。

③调试时间紧迫，滑动变阻器的调整反向，导致一直滑不到所需电阻值，出不来预
期波形。

④各元件距离过大，导致布线困难，混乱。

（3）解决上述问题的方法：
①应该在验收电路板之前，先进行电路焊接点的检查工作，具体可以用万用表检测
是否短路或断路。

②调整输入电压，使输入电压满足所需值。

③在电路板验收之前多进行调试，滑动变阻器双向多调试，直到出现波形为止。

④减小各元件之间距离，减轻不嫌麻烦，多用焊锡布线。

3.2.2交越失真
（1）交越失真电路板遇到的问题：
三极管烧毁，换后仍旧烧毁，最终验收时以烧毁了结
（2）出现上述现象的原因：
电路设计不合理，通过三级管的电流过大，造成烧毁。

（3）解决上述问题的方法：
在三极管的集电极对称的加上电阻，起到限流的作用。

经检验，能达到实验预期效果。

3.2.3不对称失真
（1）电路板遇到的问题：
①只出现了不失真现象。

②加入外加直流电源Vcc之后与加之前没有太明显的变化。

（2）出现上述现象的原因：
①未设计开关电路，导致直接加入反馈电路，只出现了不失真现象，虽然很明显，
但依然遗憾。

②焊接有短路情况，导致Vcc没有起到作用。

3.3 分析研究实验数据
1、截止、饱和、双向失真
未能出现仿真预期波形，原因分析详见3.2 2、交越失真
未能出现仿真预期波形，原因分析详见3.2
3、不对称失真
①失真现象
未能出现仿真预期波形，原因分析详见3.2
②失真消除现象
将两个波形调出，调整幅值利于观看：
将两个波形调至同一水平线，发现波形基本重合，与预期效果相同：
4 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。

4.2 对本课程的意见与建议
5 参考文献。