模拟电子技术

失真原因

放大器频率失真分为线性失真和非线性失真，它们都会使输出信号产生畸变。

线性失真由电路中的线性电抗元件引起，如电路中存在的负载电容，分布电容，管子的极间电容，引线电感等。非线性失真由电路中的非线性电抗元件引起，如晶体管或场效应管的特性曲线的非线性。

线性失真只会使信号中各频率分量的比例关系和时间关系发生变化，可能滤掉某些频率分量，但不会产生输入信号中没有的新的频率分量。而非线性失真则会产生输入信号中没有的新的频率分量

放大器产生失真的原因主要有2个：

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。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。

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。

工作点变化引起的两种失真

以共射极放大器为例，做其直流负载线（红色），交流负载线（蓝色）。

直流负载线与交流负载线交于Q点，当基极电流变化引起集电极电流与电压变化时动态工作点Q’会沿着交流负载线移动。

放大电路不产生非线性失真条件：

具有合适的静态工作点，Q应大致选在交流负载线中心。

输入信号幅值不能太大。

当工作点设置正确，且信号不大，不会产生非线性失真。

当工作点设置不正确，且信号较大，则会产生两种情况失真。

工作点设置过低，Q点靠近截止区，使输入信号在负半周时，动态工作点进入截止区，输出波形顶部被削去，产生截止失真。

工作点设置过高，Q点靠近饱和区，使输入信号在正半周时，动态工作点进入饱和区，输出波形底部被削去，产生饱和失真。

如输入信号过大，则会使被放大信号同时在饱和区和截止区，称为双向失真。

Q点变化分析

偏置电阻Rb增加，Q点下移，易出现截止。偏置电阻Rb减小，Q点上移，易出现饱和。

集电极电阻Rc增加，交流负载线斜率减小，Q点左移，易出现饱和。

β增加，Q点上移，易出现饱和。

电源电源增加，Q点上移，动态范围增大。

温度上升时，输出特性曲线上移，会造成Q点上移。

以上讨论均为NPN晶体管进入非线性区域工作出现的情况，当放大器使用PNP型晶体管时失真表现形式刚好相反！

常用的分压式偏置可以稳定工作点。引入负反馈以后可减小放大器的非线性失真。由于负反馈的引入，在减小非线性失真的同时，降低了输出幅度，而且对输入信号的固有失真，负反馈是无能为力的。

输出电压的动态范围

输出电压的动态范围是指动态工作点不进入截止区和饱和区的最大有效输出电压峰峰值。对于双向对称信号（如正弦波），取不截止最大输出幅度和不饱和最大输出幅度中较小的作为最大有效电压输出幅度。

为了使输出电压的动态范围最大，工作点Q应选在交流负载线中点处。事实上，如果信号很小，Q点选低一点不引起失真前提下还可以节省功耗，集成电路前级Q点都是很低的。

器件特性及电路特性引起的两种失真

交越失真

在分析电路时把三极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。

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，使得三极管在静态时微导通，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。

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。

交越失真出现在乙（B）类放大电路，甲(A)类放大电路失真最小但是效率较低，乙类有交越失真与不对称失真但是其效率高，所以出现了甲乙(AB)类放大电路，比甲类效率高，比乙类失真小。

不对称失真

不对称失真，是由电路不对称，而使信号正负半周不对称，这种失真称不对称失真。

它是由于推挽管（三极管）特性不对称，导致正负半周输出阻抗失配，而使信号的正、负半周不对称，不对称失真也是推挽放大器道所特有的失真。利用负反馈可以减小不对称失真。