模电论文放大电路失真现象的研究

目录

一、引言 (2)

二、晶体管放大电路的类型 (2)

2.1共射极放大电路 (2)

2.2共集极放大电路 (2)

2.3共基极放大电路 (2)

三、几种类型的失真 (3)

3.1非线性失真 (3)

3.1.1饱和失真 (3)

3.1.2截止失真 (4)

3.1.3交越失真 (4)

3.1.4双向失真 (6)

3.2晶体管放大电路非线性失真的因素概括 (6)

3.2.1信号源内阻 (6)

3.2.2放大器接法 (6)

3.2.3负反馈 (7)

3.2.4多级反相放大 (7)

3.3线性失真 (7)

四、总结 (8)

参考文献 (9)

放大电路失真现象的研究

张翔翔

（北京交通大学电子信息工程学院北京 100044）

摘要：本文介绍了几类放大电路，然后介绍了几种晶体管放大电路几种类型的失真。并分析了失真产生的

原因，又通过具体电路的具体波形非线性失真，介绍了线性失真和非线性失真的区别，着重讲解了减少线

性失真和非线性失真的方法和步骤。

一、引言

失真的情况在现实生活中随处可见，指的是指一个物体、影像、声音、波形或其他资讯形式其原本形状（或其他特征）的改变现象，而且往往是不希望出现的。在理想的放大器中，输出波形除放大外，应与输入波形完全相同，但实际上，不能做到输出与输入的波形完全一样，这种放大电路中的失真无疑会给工程增加一些麻烦，所以对其失真类型的判断和采取相应的改进措施就显得颇为必要了。放大电路常见的失真分为线性失真和非线性失真，其中非线性失真又包括饱和失真、截止失真和交越失真。

二、晶体管放大电路的类型

晶体管放大电路中的关键器件便是晶体管。由NPN型晶体管和PNP型晶体管组成基本放大电路各有3种，即共射极放大电路、共集电极放大电路和共基极放大电路。

2.1共射极放大电路

图2-1左所示为共射极放大电路的基本结构，从图中可以看到该类电路是将输入信号加到晶体管基极和发射极之间，而输出信号又取自晶体管的集电极和发射极之间，由此可见发射极为输入信号和输出信号的公共接地端，具有这种特点的单元电路便称为共射极放大电路。

2.2共集极放大电路

图2-1中所示为共集极放大电路的基本结构，从图中可以看到该类电路是将输入信号加到晶体管基极和集电极之间，而输出信号又取自晶体管的集电极和发射极之间，由此可见集电极为输入信号和输出信号的公共接地端，具有这种特点的单元电路便称为共集极放大电路。

2.3共基极放大电路

图2-1右所示为共集极放大电路的基本结构，从图中可以看到该类电路是将输入信号加到晶体管基极和发射极之间，而输出信号又取自晶体管的集电极和基极之间，由此可见基极为输入信号和输出信号的公共接地端，具有这种特点的单元电路便称为共基极放大电路。

图2-1几种放大电路

三、几种类型的失真

放大器产生失真的原因主要有2个：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；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。

3.1非线性失真

非线性失真，也叫不对称失真，其产生的主要原因有2个：晶体管等特性的非线性；静态工作等位置设置的不合适或输入信号过大。即放大器件的非线性或者负载的非线性而引起的波形失真。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。一个电路非线性失真的大小，常用非线性失真系数ＴＨＤ来衡量。ＴＨＤ的定义为：输出信号中谐波电压幅度与基波电压幅度的百分比。公式表示为：100%+⨯器件工作在非线性区而产生的非线性失真有3种：饱和失真、截止失真、交越失真。其中饱和失真和截止失真统称为单向削波失真。非线性失真电压(电流)波形的基本特征是一个波头矮胖，另一个瘦长。非线性失真属于柔性失真，可以用若干方法来抑制或补偿。

3.1.1饱和失真

饱和失真是由于放大电路的工作点达到了三极管的饱和区而引起的非线性失真。对于NPN 管，输出电压表现为底部失真，如图3-1所示。

对于共射极的基本放大电路（图3-7所示），其输入波形正好与输出波形反相，就是相位相差180度，当输入正弦波正的部分时，应该输出负的部分，而当当输入的峰峰值较大的时候，超过了电路的动态范围，就会出现失真。如果是输入信号的正半周超出了动态范围，那么就会进入晶体管的饱和区，造成饱和失真，对应的输出信号由于相位差180度的原因，所以输出信号的负半周的波形失真。总而言之，对于NPN 单管共射放大电路，饱和失真就是输入信号的正半波超过了三极管的放大能力，造成失真，对应的输出波形就是输出波形底部失真，即输出时三极管进入饱和区，Q 设置过高。

因为饱和失真是输出端失真所以解决饱和失真的方法就是调低静态工作电流Ib （增大Rb ），减小Rc ，减小电流放大系数β。减小VBB ，增大VCC 也可以做到，但是这两种办法对于实际工程过程中不是太合适。

图3-1饱和失真

3.1.2截止失真

由于放大电路的工作点达到了三极管的截止区而引起的非线性失真。对于NPN 管，输出电压表现为顶部失真，如图

3-2所示。

对比饱和失真，依旧对共射极基本放大电路而言，如果输入波形的峰峰值的一半大于VQ，那么当输入的波形是正半周时，快到峰值时，三极管就会处于饱和状态，那么此时的输出就不再随输入变化了，即输出得到的负半周正弦波波形就没有谷底了，出现了饱和失真。反之，当输入的波形是负半周时，快到谷值时，三极管就会处于截止状态，那么此时的输出就不再随输入变化了，出现了截止失真，即输出得到的正半周正弦波波形就没有峰值了，我们称之为截止失真。Q点设置过低造成，截止失真属于输入端首先失真，所以只能从输入端解决。解决方法有增大VBB，减小输入端电阻Rb。

3-2截止失真

3.1.3交越失真

在分析电路时把三级管的导通电压看作零，当输入电压较低时，因三极管截止而产生的失真称为交越失真，这种失真通常出现在通过零值处。如图3-3所示。

与饱和失真和截止失真不一样，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0~0。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。7~0。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，交越失真出现在乙类放大电路，甲类放大电路失真最小但是效率较低10%左右，乙类有交越失真但是其效率高，所以出现了甲乙类放大电路，比甲类效率高，比乙类失真小。

与一般放大电路相同，消除交越失真的方法是设置合适的静态工作点，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，使其马上进入线性工作区，这样既可改进交越失真。另外，提供给晶体管静态偏置使其微导通有三种途径：（1）利用二极管和电阻的压降产生偏置电压；（2）利用VBE扩大电路产生偏置电压（3）利用电阻上的压降产生偏置电压。图3-4所示为产生交越失真的电路，图3-5所示为消除交越失真的电路。