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：放大电路失真研究
学 院： 电子信息工程 专 业： 电子科学与技术 学生姓名： 学 号：
任课教师： 陆鹏飞
2013 年 6 月 7 日
目 录
1 实验目的与知识背景 ......................................................................... 1
1.1实验目的 ......................................................................................... 1 1.2知识点 ............................................................................................. 1
2 实验要求 ............................................................................................ 1
2.1基本要求 ......................................................................................... 1 2.2扩展要求 ......................................................................................... 3
3 失真原理及改进方法 ......................................................................... 3
3.1饱和失真与截止失真 ...................................................................... 3 3.2双向失真 ......................................................................................... 4
3.3交越失真 ......................................................................................... 4 3.4非对称失真 ..................................................................................... 5
4 仿真过程 ............................................................................................ 5 4.1对截止失真，饱和失真，双向失真以及标准放大的电路设计 .... 5 4.2对交越失真及其改进方法的电路设计 ........................................... 8 4.3不对称失真及其改进方法的电路设计 ........................................... 9
5 讨论 ................................................................................................. 10
6 总结与体会 ...................................................................................... 11
7 参考文献 .......................................................................................... 11
1 实验目的与知识背景
1.1 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——提高系统地构思问题和解决问题的能力.
2. 掌握消除放大电路各种失真技术——系统地归纳模拟电子技术中失真现象。 3. 具备通过现象分析电路结构特点——提高改善电路的能力。
1.2 知识点
1.输出波形失真可发生在基本放大、功率放大和负反馈放大等电路中，输出波形失真有截止失真、饱和失真、双向失真、交越失真，以及输出产生的谐波失真和不对称失真等。
2. 射极偏置电路、乙类、甲乙类功率放大电路和 负反馈电路。 3. 克服各种失真的技术。
2 实验要求
2.1基本要求
（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1V。
输入波形 输出波形 （2） 下图放大电路输入是标准正弦波，其输出为截止失真。
① 设计电路并改进。
② 讨论产生失真的机理，阐述解决问题的办法。
（3） 下图放大电路输入是标准正弦波，其输出为饱和失真。
① 设计电路并改进。
② 讨论产生失真的机理，阐述解决问题的办法。
③ npn型组成的共射放大电路和pnp型组成的共射放大电路在截止和饱和失真方面
的不同。
（4） 下图放大电路输入是标准正弦波，其输出为双向失真。
① 设计电路并改进。
② 讨论产生失真的机理，阐述解决问题的办法。
③ 共基放大电路、共集放大电路与共射放大电路在截止和饱和失真方面的不同。
（5）下图放大电路输入是标准正弦波，其输出为交越失真。
① 设计电路并改进。
② 讨论产生失真的机理，阐述解决问题的办法。
③ 双电源供电的功率放大器改成单电源供电会出现哪种失真？如何使单电源供电的 功率放大器不失真？
2.1扩展要求
（1）下图放大电路输入是标准正弦波，其输出为不对称失真。
① 设计电路并改进。
② 讨论产生失真的机理，阐述解决问题的办法。
3 失真原理及改进方法
3.1饱和失真与截止失真 原理
由于静态工作点的设置不当，导致信号会产生削定失真与削底失真的情况。如下图，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,因输入信号太大,使三极管进入饱和区,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,产生输出波形的饱和失真。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,因小于三极管的开启电压,
三极管将进入截止区=0,=0,输出电压==Vcc将不随输入信号而变化,产生输出波形的截止失真。
● 消除方法
由失真原理，从静态工作点的调整入手。对于饱和失真，降低静态工作点的数值，将其选
在交流负载线的中点。对于截止失真，提高电路静态工作点的数值是指到达交流负载线的中点。
注意：以上结论均对NPN型三极管的共射放大电路而言。由于PNP管放大电路和NPN管放大电路的输出波形发生失真情况完全相反。此外，放大电路三种基本组态中Uce与Uo关系不同，所以失真波形也有不同之处，具体见下表。
由以上分析可得，放大电路的静态工作点Q选得过低，将导致产生截止失真；Q点选得
过高，将导致饱和失真；只有Q点选在交流负载线的中央，才可获得最大不失真输出电压幅值，亦可得到放大电路的最大输出动态范围。
3.2双向失真 ● 原理
双向失真是指即在三极管输出特性曲线的饱和区失真又在截止区失真，三极管有饱和状态又有截止状态，向上达到饱和状态，向下到达截止状态，出现这种非线性失真不是由于电路中某个电路元件选择的不合适，而是由于信号源输入的信号过大导致三极管在放大时出现了双向失真。
● 消除方法
改变这种失真的方法就是工作点Q要设置在输出特性曲线放大区的中间部位，减小输入的信号，选择一个合理的输入信号，使之正好工作在放大区域内。
3.3交越失真 ● 原理
交越失真是由于晶体管的门坎电压（即死区电压）而产生，减小或克服交越失真是人们一直关注的课题之一。当三极管工作在纯乙类状态时，由于输入回路没有加基极偏流，而管子的ib必须在Ube大于一定数值(即门坎电压，硅管约0．6 V)后才有显著地增加。所以在输入信号电压很低的时候，晶体管的集电极电流基本上为零，则负载所得到的电压或电流将出现一段“死区”， 使得输出信号波形在两管交替导通处出现失真。这种现象称为交越失真。
● 消除方法
为了克服交越失真的影响，我们可以通过改进电路的方法来实现。常见的方法有：甲乙类双电源互补对称电路法和甲乙类单电源互补对称电路。甲乙类互补对称法电路原理如下图所示。由图可见, T3组成前置放大级,T1和T2组成互补输出级。静态时, 在D1,D2上产生的压降为T1,T1提供了一个适当的偏压, 使之处于微导通状态。由于电路的对称, 静态时
=,=0,=0。有信号时, 由于电路工作在甲乙类, 即使很小, 基本上也可以进行线性放大。但是左图的缺点就是其偏置电压不易调整, 改进电路如右图所示, 在右图中流人T4的基极电流远小于流过R1、r2的电流, 则由图可以求出=(R1+R2)/R2, 因此, 利用T4
管的be基本为一固定值, 只要调整R1、R2的比值, 就可以改变T1、T2的偏压值, 此法在集成电路中经常应用。
3.4非对称失真 ● 原理 ● 消除方法
采用负反馈，减小环内的非线性失真。
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。
4 仿真过程
4.1对截止失真，饱和失真，双向失真以及标准放大的电路设计
● 饱和失真
输入信号为：正弦波，峰峰值50mv，频率2kHz 电位器阻值：4%
● 标准放大
输入信号为：正弦波，峰峰值50mv，频率2kHz 电位器阻值：
28%
● 截至失真
输入信号为：正弦波，峰峰值50mv，频率2kHz 电位器阻值：42%
双向失真
输入信号为：正弦波，峰峰值400mv，频率2kHz 电位器阻值：
8%
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模拟电子技术实验 实验报告
4.2对交越失真及其改进方法的电路设计
输入信号:正弦波，峰峰值4V，频率2kHz
当开关闭合时，出现交越失真
当开关打开时，失真得到改善
4.3不对称失真及其改进方法的电路设计
输入信号：正弦波，峰峰值10v；频率2kHz
9
当开关打开时，输出波形发生不对称失真
当开关闭合，产生负反馈是，波形恢复，近似与原信号相等
5 讨论
（1）负反馈可解决波形失真，解决的是哪类失真？
负反馈只能在一定程度上抑制管子的非线性失真，而且负反馈会压低增益，大环路负反馈还可能加剧互调失真，因此负反馈深度不宜过大。非线性失真包括交越失真、不对称失真等。
（2）归纳失真现象，并阐述解决失真的技术。
削波失真：因工作点设置不当或信号幅度超限致使晶体管截止或饱和，正弦电压波头被削平，称为削波失真．随着信号幅度增大，工作点设置不当时正弦电压只有正波头或负波头被削平，
10
发生单向削波失真；工作点设置合理时，则正、负波头都被削平，发生双向削波失真．削波失真属于硬伤．削波失真一旦发生就难以弥补．设置合理的工作点是避免削波失真的唯一措施。
非线性失真：对线性电阻，输入是正弦波电压，则输出电流亦是正弦波．电阻阻值变化时，输入是正弦波，则输出就会偏离正弦波．将放大器中输入正弦电压(电流)时输出电流(电压)偏离正弦波的现象叫做非线性失真．BJT放大器中的非线性失真电压(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．非线性失真可以用若干方法来抑制或补偿。
（3）由单电源供电的运算放大器组成电路会出现哪种失真？
不对称失真。
（4）电阻负载改成大容性负载会出现什么失真？
饱和或截止失真。
（5）提高频率后若失真，属于哪类失真？
交越失真。
（6）其他放大电路失真及解决办法。
频率失真、幅度失真、相位失真、瞬态互调失真等，利用负反馈解决。
6 总结与体会
1.研究放大电路信号失真的原理与掌握克服失真的方法对实际运用具有重要的意义。通过此次实验，我对模电中关于放大电路频率响应中的相关知识又有了进一步的了解与掌握。特别是对失真及其克服方法这一块，我查阅了几本不同的教材，每一本教材的写法都有自己的特色，因此极大地加深了我对理论知识的理解。
2. BJT放大器谐波失真分为削波失真和非线性失真．设置工作点可避免单向削波失真，使放大器输出范围最大，为纠正非线性失真打下基础。信号源内阻、负反馈及迭次反相放大都能减小BJT非线性失真，改善放大器线性．信号源内阻及负反馈基于抑制管子非线性的机理去减少放大器输出电压的非线性失真，迭次反相放大基于补偿机制去减少放大器输出电压的非线性失真．比较看，信号源内阻及负反馈只是有利于尽可能忠实地放大信号，对输入信号的非线性失真无能为力，而且负反馈会压低增益，大环路负反馈还可能加剧互调失真，因此负反馈深度不宜过大，而理论上负反馈就不能彻底抑制非线性失真．迭次反相放大不用任何代价就能补偿输入信号的非线性失真，且有可能补偿到零．总之，负反馈只能在一定程度上抑制管子的非线性失真，而迭次反相放大能获得极佳的高保真效果．
3.为了找到关于放大电路失真方面的相关资料，我积极利用网上图书馆中的数据库，大量搜索，进步一锻炼了我利用网络工具查找文献的能力。
4.通过对收集的论文资料的阅读，我规范了自己的论文格式，进一步地加深了规范论文的写作格式，相信这对我们今后更多的科研论文，研究设计等有着很大帮助。
7 参考文献
[1] 路勇. 模拟集成电路基础[M]. 中国铁道出版社, 2010.
[2]童诗白, 华成英. 模拟电子技术基础[M]. 第四版. 高等教育出版社, 2006
[3] 元增民. BJT放大电路失真类型及抑制失真的方法[J]. 长沙大学学报, 2012, 26(2).
[4] 张巍. 晶体三极管放大电路的非线形失真及其解决办法[J]. 中小企业管理与科技, 2009(21).
[5] 牧仁. PNP与NPN管放大电路输出波形失真情况仿真比较[J]. 现代电子技术, 2010, 33(2).
[6] 周萍. 图解法分析放大电路三种基本组态的最大输出幅值及失真[J]. 邯郸学院学报, 2005, 15(3).
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模拟电子技术
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实验题目：放大电路失真研究
学 院： 电子信息工程 专 业： 电子科学与技术 学生姓名： 学 号：
任课教师： 陆鹏飞
2013 年 6 月 7 日
目 录
1 实验目的与知识背景 ......................................................................... 1
1.1实验目的 ......................................................................................... 1 1.2知识点 ............................................................................................. 1
2 实验要求 ............................................................................................ 1
2.1基本要求 ......................................................................................... 1 2.2扩展要求 ......................................................................................... 3
3 失真原理及改进方法 ......................................................................... 3
3.1饱和失真与截止失真 ...................................................................... 3 3.2双向失真 ......................................................................................... 4
3.3交越失真 ......................................................................................... 4 3.4非对称失真 ..................................................................................... 5
4 仿真过程 ............................................................................................ 5 4.1对截止失真，饱和失真，双向失真以及标准放大的电路设计 .... 5 4.2对交越失真及其改进方法的电路设计 ........................................... 8 4.3不对称失真及其改进方法的电路设计 ........................................... 9
5 讨论 ................................................................................................. 10
6 总结与体会 ...................................................................................... 11
7 参考文献 .......................................................................................... 11
1 实验目的与知识背景
1.1 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——提高系统地构思问题和解决问题的能力.
2. 掌握消除放大电路各种失真技术——系统地归纳模拟电子技术中失真现象。 3. 具备通过现象分析电路结构特点——提高改善电路的能力。
1.2 知识点
1.输出波形失真可发生在基本放大、功率放大和负反馈放大等电路中，输出波形失真有截止失真、饱和失真、双向失真、交越失真，以及输出产生的谐波失真和不对称失真等。
2. 射极偏置电路、乙类、甲乙类功率放大电路和 负反馈电路。 3. 克服各种失真的技术。
2 实验要求
2.1基本要求
（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1V。
输入波形 输出波形 （2） 下图放大电路输入是标准正弦波，其输出为截止失真。
① 设计电路并改进。
② 讨论产生失真的机理，阐述解决问题的办法。
（3） 下图放大电路输入是标准正弦波，其输出为饱和失真。
① 设计电路并改进。
② 讨论产生失真的机理，阐述解决问题的办法。
③ npn型组成的共射放大电路和pnp型组成的共射放大电路在截止和饱和失真方面
的不同。
（4） 下图放大电路输入是标准正弦波，其输出为双向失真。
① 设计电路并改进。
② 讨论产生失真的机理，阐述解决问题的办法。
③ 共基放大电路、共集放大电路与共射放大电路在截止和饱和失真方面的不同。
（5）下图放大电路输入是标准正弦波，其输出为交越失真。
① 设计电路并改进。
② 讨论产生失真的机理，阐述解决问题的办法。
③ 双电源供电的功率放大器改成单电源供电会出现哪种失真？如何使单电源供电的 功率放大器不失真？
2.1扩展要求
（1）下图放大电路输入是标准正弦波，其输出为不对称失真。
① 设计电路并改进。
② 讨论产生失真的机理，阐述解决问题的办法。
3 失真原理及改进方法
3.1饱和失真与截止失真 原理
由于静态工作点的设置不当，导致信号会产生削定失真与削底失真的情况。如下图，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,因输入信号太大,使三极管进入饱和区,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,产生输出波形的饱和失真。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,因小于三极管的开启电压,
三极管将进入截止区=0,=0,输出电压==Vcc将不随输入信号而变化,产生输出波形的截止失真。
● 消除方法
由失真原理，从静态工作点的调整入手。对于饱和失真，降低静态工作点的数值，将其选
在交流负载线的中点。对于截止失真，提高电路静态工作点的数值是指到达交流负载线的中点。
注意：以上结论均对NPN型三极管的共射放大电路而言。由于PNP管放大电路和NPN管放大电路的输出波形发生失真情况完全相反。此外，放大电路三种基本组态中Uce与Uo关系不同，所以失真波形也有不同之处，具体见下表。
由以上分析可得，放大电路的静态工作点Q选得过低，将导致产生截止失真；Q点选得
过高，将导致饱和失真；只有Q点选在交流负载线的中央，才可获得最大不失真输出电压幅值，亦可得到放大电路的最大输出动态范围。
3.2双向失真 ● 原理
双向失真是指即在三极管输出特性曲线的饱和区失真又在截止区失真，三极管有饱和状态又有截止状态，向上达到饱和状态，向下到达截止状态，出现这种非线性失真不是由于电路中某个电路元件选择的不合适，而是由于信号源输入的信号过大导致三极管在放大时出现了双向失真。
● 消除方法
改变这种失真的方法就是工作点Q要设置在输出特性曲线放大区的中间部位，减小输入的信号，选择一个合理的输入信号，使之正好工作在放大区域内。
3.3交越失真 ● 原理
交越失真是由于晶体管的门坎电压（即死区电压）而产生，减小或克服交越失真是人们一直关注的课题之一。当三极管工作在纯乙类状态时，由于输入回路没有加基极偏流，而管子的ib必须在Ube大于一定数值(即门坎电压，硅管约0．6 V)后才有显著地增加。所以在输入信号电压很低的时候，晶体管的集电极电流基本上为零，则负载所得到的电压或电流将出现一段“死区”， 使得输出信号波形在两管交替导通处出现失真。这种现象称为交越失真。
● 消除方法
为了克服交越失真的影响，我们可以通过改进电路的方法来实现。常见的方法有：甲乙类双电源互补对称电路法和甲乙类单电源互补对称电路。甲乙类互补对称法电路原理如下图所示。由图可见, T3组成前置放大级,T1和T2组成互补输出级。静态时, 在D1,D2上产生的压降为T1,T1提供了一个适当的偏压, 使之处于微导通状态。由于电路的对称, 静态时
=,=0,=0。有信号时, 由于电路工作在甲乙类, 即使很小, 基本上也可以进行线性放大。但是左图的缺点就是其偏置电压不易调整, 改进电路如右图所示, 在右图中流人T4的基极电流远小于流过R1、r2的电流, 则由图可以求出=(R1+R2)/R2, 因此, 利用T4
管的be基本为一固定值, 只要调整R1、R2的比值, 就可以改变T1、T2的偏压值, 此法在集成电路中经常应用。
3.4非对称失真 ● 原理 ● 消除方法
采用负反馈，减小环内的非线性失真。
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。
4 仿真过程
4.1对截止失真，饱和失真，双向失真以及标准放大的电路设计
● 饱和失真
输入信号为：正弦波，峰峰值50mv，频率2kHz 电位器阻值：4%
● 标准放大
输入信号为：正弦波，峰峰值50mv，频率2kHz 电位器阻值：
28%
● 截至失真
输入信号为：正弦波，峰峰值50mv，频率2kHz 电位器阻值：42%
双向失真
输入信号为：正弦波，峰峰值400mv，频率2kHz 电位器阻值：
8%
国家电工电子实验教学中心
模拟电子技术实验 实验报告
4.2对交越失真及其改进方法的电路设计
输入信号:正弦波，峰峰值4V，频率2kHz
当开关闭合时，出现交越失真
当开关打开时，失真得到改善
4.3不对称失真及其改进方法的电路设计
输入信号：正弦波，峰峰值10v；频率2kHz
9
当开关打开时，输出波形发生不对称失真
当开关闭合，产生负反馈是，波形恢复，近似与原信号相等
5 讨论
（1）负反馈可解决波形失真，解决的是哪类失真？
负反馈只能在一定程度上抑制管子的非线性失真，而且负反馈会压低增益，大环路负反馈还可能加剧互调失真，因此负反馈深度不宜过大。非线性失真包括交越失真、不对称失真等。
（2）归纳失真现象，并阐述解决失真的技术。
削波失真：因工作点设置不当或信号幅度超限致使晶体管截止或饱和，正弦电压波头被削平，称为削波失真．随着信号幅度增大，工作点设置不当时正弦电压只有正波头或负波头被削平，
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发生单向削波失真；工作点设置合理时，则正、负波头都被削平，发生双向削波失真．削波失真属于硬伤．削波失真一旦发生就难以弥补．设置合理的工作点是避免削波失真的唯一措施。
非线性失真：对线性电阻，输入是正弦波电压，则输出电流亦是正弦波．电阻阻值变化时，输入是正弦波，则输出就会偏离正弦波．将放大器中输入正弦电压(电流)时输出电流(电压)偏离正弦波的现象叫做非线性失真．BJT放大器中的非线性失真电压(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．非线性失真可以用若干方法来抑制或补偿。
（3）由单电源供电的运算放大器组成电路会出现哪种失真？
不对称失真。
（4）电阻负载改成大容性负载会出现什么失真？
饱和或截止失真。
（5）提高频率后若失真，属于哪类失真？
交越失真。
（6）其他放大电路失真及解决办法。
频率失真、幅度失真、相位失真、瞬态互调失真等，利用负反馈解决。
6 总结与体会
1.研究放大电路信号失真的原理与掌握克服失真的方法对实际运用具有重要的意义。通过此次实验，我对模电中关于放大电路频率响应中的相关知识又有了进一步的了解与掌握。特别是对失真及其克服方法这一块，我查阅了几本不同的教材，每一本教材的写法都有自己的特色，因此极大地加深了我对理论知识的理解。
2. BJT放大器谐波失真分为削波失真和非线性失真．设置工作点可避免单向削波失真，使放大器输出范围最大，为纠正非线性失真打下基础。信号源内阻、负反馈及迭次反相放大都能减小BJT非线性失真，改善放大器线性．信号源内阻及负反馈基于抑制管子非线性的机理去减少放大器输出电压的非线性失真，迭次反相放大基于补偿机制去减少放大器输出电压的非线性失真．比较看，信号源内阻及负反馈只是有利于尽可能忠实地放大信号，对输入信号的非线性失真无能为力，而且负反馈会压低增益，大环路负反馈还可能加剧互调失真，因此负反馈深度不宜过大，而理论上负反馈就不能彻底抑制非线性失真．迭次反相放大不用任何代价就能补偿输入信号的非线性失真，且有可能补偿到零．总之，负反馈只能在一定程度上抑制管子的非线性失真，而迭次反相放大能获得极佳的高保真效果．
3.为了找到关于放大电路失真方面的相关资料，我积极利用网上图书馆中的数据库，大量搜索，进步一锻炼了我利用网络工具查找文献的能力。
4.通过对收集的论文资料的阅读，我规范了自己的论文格式，进一步地加深了规范论文的写作格式，相信这对我们今后更多的科研论文，研究设计等有着很大帮助。
7 参考文献
[1] 路勇. 模拟集成电路基础[M]. 中国铁道出版社, 2010.
[2]童诗白, 华成英. 模拟电子技术基础[M]. 第四版. 高等教育出版社, 2006
[3] 元增民. BJT放大电路失真类型及抑制失真的方法[J]. 长沙大学学报, 2012, 26(2).
[4] 张巍. 晶体三极管放大电路的非线形失真及其解决办法[J]. 中小企业管理与科技, 2009(21).
[5] 牧仁. PNP与NPN管放大电路输出波形失真情况仿真比较[J]. 现代电子技术, 2010, 33(2).
[6] 周萍. 图解法分析放大电路三种基本组态的最大输出幅值及失真[J]. 邯郸学院学报, 2005, 15(3).
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