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非线性失真研究-模电设计性实验

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1、北京交通大学电子信息工程学院通信 1108 班刘萍 11211178 1 / 19模拟电路实验模拟电路实验课程实验设计课程实验设计非线性失真分析报告非线性失真分析报告姓名：刘萍学号： 11211178学院：电信学院班级：通信 1108 班指导教师：李维敏北京交通大学北京交通大学 6 6 月月 4 4 日日北京交通大学电子信息工程学院通信 1108 班刘萍 11211178 2 / 19目录目录模拟电路实验课程实验设计.1目录.21.实验设计背景.42.设计要求及实验目的.42.1 实验目的.42.2 实验要求.53.非线性失真原理介绍.53.1 饱和失真与截止失真.53.1.1 截止失真.63.1.2 饱和失真.73.2 双向失真.73.3 交越失真.83.4 不对称失真.84.减小非线性失真方法探究.94.1 减小截止失真.、饱和失真的方法.94.2 避免双向失真的方法.104.3 克服交越失真的方法.104.4 减弱不对称失真的方法.115. 设计失真电路并改进、仿真报告.115.1 截止、饱和、双向失真电路及仿真.115.2 交越失真电路及仿真结果.12北

2、京交通大学电子信息工程学院通信 1108 班刘萍 11211178 3 / 195.2 不对称失真仿真结果.136 调试过程中所遇故障的分析.146.1 电路设计不合理，三极管电流过大，被烧毁.156.2 输入电压没有控制好，检测不到输出结果。.156.3 焊点的虚焊.157 非线性失真实验总结.168 实验体会.16参考文献.17附录.181元件清单.18北京交通大学电子信息工程学院通信 1108 班刘萍 11211178 4 / 191.实验设计背景实验设计背景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

3、求。本文重点论述针对不同类型的非线性失真的原理进行介绍，并对改进后的电路进行软件仿真验证，以及实物电路的实验结果的解释说明。2.设计要求及设计要求及实验目的实验目的2.1 实验目的实验目的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。北京交通大学电子信息工程学院通信 1108 班刘萍 11211178 5 / 192.2 实验要求实验要求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。3.非线性失真原理非线性失真原理介绍介绍失真现象失真现象：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

4、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。3.1 饱和失真与截止失真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北京交通大学电子信息工程学院通信 1108 班刘萍 11211178 6 / 19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3.1.1 截止失真截止失真图 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

5、失真,所以称为截止失真。北京交通大学电子信息工程学院通信 1108 班刘萍 11211178 7 / 193.1.2 饱和失真饱和失真图 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=ib 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。3.2 双向失真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。北京交通大学电子信息工程学院通信 1108 班刘萍 11211178 8 / 193.3 交越失真交越失真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。 3.4 不对称失真不对称失真不对

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