非线性失真

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非线性失真

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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. 放大器产生失真的原因主要有2个:

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①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.

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②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.

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非线性失真产生的主要原因来自两个方面:

①晶体管等特性的非线性;

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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4 种:饱和失真、截止失真、交越失真和不对称失真.

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在共发射极放大电路中,设输入信号V i 为正弦波,并且工作点选择在输入特性曲线的直线部分,这样它的输入电流ib 也将是正弦波.

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如果由于电路元件参数选择不当,使静态工作点( Q 点) 电流ICQ比较高,则对输入电流的负半周,基极总电流iB 和集电极总电流iC 都减小, 使集电极电压V C 升高,形成输出电压的正半周,这个输出电压仍然是正弦波,没有失真. 但是在输入电流的正半周中,当iB 由iBQ = 30μA 增加到40μA 时, iCQ随之由ICQ 增大到iCmax ,这样形成的输出电压的负半周的底部被削,不再是正弦波,产生了失真. 这种由于放大器件工作到特性曲线的饱和区产生的失真,成为饱和失真.

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相反地,如果静态工作点电流ICQ 选择的比较低,在输入电流正半周时,输出电压无失真. 但是,在输入电流的负半周,晶体管将工作到截止区,从而使输出电压的正半周的顶部被削,产生了失真. 这种失真是由于放大器工作到特性曲线的截止区产生的,称为截止失真.

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如果所使用的放大器件是PNP 型的,则饱和失真时将出现削顶,而截止失真将出现削底. 若输入信号幅度过大,有可能同时出现饱和失真和截止失真. 不难看出,为避免产生这2种失真,静态工作点Q 应位于交流负载线的中点,并要求输入信号幅度不要过大.

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2 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V B E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, 2 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2 只晶体管在交替工作时“交接”不好而产生的,称为交越失真. 消除交越失真的办法是给晶体管建立起始静态偏置, 使它的基极电压始终不小于死区电压. 为了不使电路的效率明显降低,起始静态偏置电流不应太大. 这样就把乙类推挽放大器变成了经常使用的甲乙类推挽放大器. 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,这种失真称为不对称失真. 消除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。

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当电路有非线性失真时,输入正弦信号,输出将变成非正弦信号. 而该非正弦信号是由基波和一系列谐波组成的,这就是非线性失真的特点. 一个电路非线性失真的大小,常用非线性失真系数r 来衡量. r 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. 显然r 的值越小,电路的性能也就越好。

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