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输出电压的最大幅度与非线性失真分析
一、输出电压的最大幅度
由图Z0208所示（见十五）的分析过程可以看出，输出信号电压的幅度受到饱和区和截止区的限制。在给定电路参数的条件下，输出电压不产生明显失真时的幅值称为最大输出幅度，常用峰值或峰～峰值来表示。
受饱和区的限制，输出电压的最大幅度只能达到（UCEQ -UCES），受截止区的限制，最大输出电压幅度只能达到IC 。因此，实际能达到的输出电压的最大幅度只能为（UCEQ - UCES）与IC 中较小值的二倍（峰-峰值）。
静态工作点的设置对最大输出幅度有很大的影响。由图Z0209 可以看出，要想获得较大的输出幅度，应把Q点设置在交流负载线的中点附近。
二、放大电路中的非线性失真
晶体管工作在非线性区所引起的失真称为非线性失真。产生非线性失真的原因来自两个方面：一是晶体管特性的非线性；二是Q点设置不合适或输入信号过大。
图Z0210、Z0211（表明因Q点选择的过高或过低而导致在输入信号部分时间内，晶体管进入饱和区或截止区而产生的失真，分别称为饱和失真和截止失真。
为了避免瞬时工作点进入截止区而引起截止失真，则应使：
IC&ICm +ICEO 　　　　 GS0218
为了避免瞬时工作点进入饱和区而引起饱和失真，则应使：
UCE&Uom+ UCES 　　GS0219您的位置： >
非线性失真,非线性失真是什么意思
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:
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.
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;
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.
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.
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.
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.
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。
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。
非常好我支持^.^
不好我反对
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何谓线性失真?它与非线性失真有什么区别?如果单频正弦信号通过放大器时，有无线性失真和非线性失真问题?
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何谓线性失真?它与非线性失真有什么区别?如果单频正弦信号通过放大器时，有无线性失真和非线性失真问题?
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当输入电压为正弦信号时，如果PNP管共发射极放大电路发生饱和失真，则基极电流的波形将（
），集电极电流的波形将（ ），输出电压的波形将（
a.不削波、正半周削波、负半周削波
b.不削波、负半周削波、负半周削波
c.不削波、正半周削波、正半周削波
d.不削波、负半周削波、正半周削波
放大器有两种不同性质的失真，分别是（ ）和（ ）
a.截止失真、饱和失真
b.交越失真、非线性失真
c.线性失真、非线性失真
d.交越失真、线性失真
下 列 电 路 中 能 实 现 交 流 放 大 的 是 图
下 列 电 路 中 能 实 现 交 流 电 压 放 大 的 电 路 是 图
单管放大电路如图所示，其交直流负载的正确画法是图2中的
放大电路如图所示，静态时＝＝4V，＝4k，当逐渐加大输入信号时，输出信号首先出现
a.截止失真
b.饱和失真
c.截止和饱和失真
电路如图所示，T为硅管，当时，则输出电压的波形应为
b.半个正弦波
d.无任何波形
放大电路如图所示，欲使输出电压的幅度尽可能大而不产生非线性失真，则的静态值应为
如图所示的放大电路
a.不能稳定静态工作点
b.能稳定静态工作点，但比无二极管D的电路效果要差
c.能稳定静态工作点且效果比无二极管D的电路更好
电路如图所示，若发射极交流旁路电容因介质失效而导致电容值近似为零，此时电路
a.不能稳定静态工作点
b.能稳定静态工作点，但电压放大倍数降低
c.能稳定静态工作点，电压放大倍数升高第五章思考题与习题解答；5-1什么是功率放大电路?对功率放大电路有哪些特；解以输出功率为主的放大电路称功率放大电路；对功率放大电路有四点要求：；①输出功率要足够大，输出电阻越小越好；②效率高；③非线性失真小；④有过载保护措施；5-2什么是交越失真?它是怎么产生的?用什么方法；解交越失真是指在正弦波形的正、负半周交界处出现台；5-3功率放大电路按工作状态不同可
思考题与习题解答
什么是功率放大电路?对功率放大电路有哪些特殊要求?
以输出功率为主的放大电路称功率放大电路。
对功率放大电路有四点要求：
①输出功率要足够大，输出电阻越小越好。所谓足够大的功率是指能带动负载作功的功率。输出电阻越小，带负载能力越强。
②效率高。也就是说，在电源电压一定的情况下，输出功率要大，而管耗要小。
③非线性失真小。
④有过载保护措施。这是一种防止过载时由于大电流导致烧管的安全措施。一般是设计保护电路。
什么是交越失真?它是怎么产生的?用什么方法消除它?
交越失真是指在正弦波形的正、负半周交界处出现台阶现象的失真情况。其原因是晶体管存在死区电压，它的特性为非线性特性，因此交越失真属于非线性失真。克服的办法是加小偏置，使在无信号输入时，小偏置电压等于晶体管的死区电压(或开启电压)，一旦有信号加入，晶体管立刻进入线性工作区，这样就不会出现交越失真了。
功率放大电路按工作状态不同可分为哪三种?它们各有什么优缺点? 解
功率放大电路按工作状态不同可分为甲类、乙类、甲乙类三种。甲类的最大优点是在信号周期内不失真。缺点是效率低，在不加信号时也消耗能量，而且静态管耗最大，严重抑制了效率的提高。乙类的优点是效率高。静态时管耗为零。缺点是有削半波失真，只能输出半个周期。甲乙类是介乎于甲类和乙类两种工作状态之间的一种，其效率比较高，失真情况介乎于以上二者之间，是一种经常采用的工作状态。
甲乙二人在讨论功率放大电路的供电问题时，甲认为从能量守恒的概念出发，当输出功率大时，电源给出的电流理应增加；乙则认为只要输出幅度不失真，电流应在静态值附近上下波动，不管输出幅度大小，其平均值应不变。你同意哪一种观点?
对于甲类功放，乙说得对。因为此时V?ICQ1?Icm。而对于乙类功放，2V?Icmπ甲说得对。因为此时。两种功放均符合能量守恒。
甲乙二人在讨论功率放大管的发热问题时，甲认为当输出功率最大时管子最热，因为电流消耗大；乙则认为此时最冷，因损耗在管子中的功率已经都转换成输出功率。你同意哪一观点?
对于甲类功放，乙说得对。因为
1PT?VCCIC?UceIcm?PV?Po2
当电源一定，即PV一定，输出功率Po增大时，管耗PT减小，管子冷下来。而对于乙类功放，甲、乙二人说得都不对。
如图题5-7(a)所示为直接耦合功率放大电路，若V2、V3的饱和压降UCES=3 V，试求：
(1)负载RL所得到的最大不失真功率P
(2)电路的实际效率；
(3)晶体管V2、V3的最大管耗及所承受的最大反向电压(耐压)；
ic3和Uo※(4)若输入信号波形如图题5-7(b)所示，试在该图上画出对应的ic2、
(a)电路；(b)答案图
讨论OCL功放的工作原理，并求其性能参数。
这是两级放大电路，第一级由NPN管V1构成工作点稳定的共射放大电路，R1、R2、V4、V5作为V1管的集电极负载，相当于Rc；第二级由V2与V3构成OCL功放电路，R2、V4、V5串联支路两端的电压作为功放级的小偏置电压，是为了防止输出波形出现交越失真的。由于第一级位于功放级之前，它将输入信号Ui放大并反相后再去推动功放级，因此也把它称作推动级；又因为功放级一般为末级，直接带负载，V1级就处在它前面，所以又称末前级(或前置级)。
(1)用公式求Pom：
Pom ?V?UCES??CC
2RL2(12?3)2??5W2?8
(2)求实际效率?实有两种方法。
V?U?实??理?CCVCC法一：
法二：由定义式
2PV?VCICπ其中
CES?78.5%?12?3?59%12 ??Pom?100%PV 21?23??12??cmπ88.6 W
?实=58.6×100%≈58.1%
可见，两种方法所得到结果很近似，均有效。
(3)用公式计算管耗的最大值。为了选管时留有充分的余地，公式中的Pom要用理想值代入
PT1m?0.2Pom(理)2VCC???2?RL52?8=1.8 W
?1=24 V 2C2耐压
(4)当Ui为正半周时，经V1级放大并反相，在V1集电极出现负半周，V2、V3管的基极均为负，则V2管截止，V3管导通，ic2=0,ic3为正半周波形，OCL功放不反相，因此Uo也是负半周。
当Ui为负半周时，则情况相反，V2管导通，ic2&0，有输出，而V3管截止，ic3=0无输出，Uo为正半周。Uo为反相并放大了的正弦波。ic2、比较Ui与Uo波形，
ic3、Uo波形画在图题5-7(b)中。
功放电路如图题5-8所示。试回答以下问题：
(1)为使输出最大幅值正、负对称，静态时A点电位应为多大?若不满足时，应调节哪个元件?
(2)若晶体管V3、V5的UCES均为3 V，求电路的最大不失真输出功率Pom及效率?；
(3)晶体管V3、V5的最大管耗PTm。
分析计算准OTL功放。
图题5-8由两级构成，第一级由V1(NPN)管构成共射电路，它的Rc由R1、V0、RW构成；第二级是准OTL功放，由V2与V3构成NPN型复合管，V4与V5构成PNP型复合管，V3与V5为同类型(均为NPN)的输出管，因此称“准”。OTL与OCL功放的差别：在OCL的基础上，在输出端加一个大电容C，称输出电容，并将双电源改为单电源供电。电容器是贮能元件，充电后可代替负电源使用。在计算性能参数时，与计算OCL功放的公式一样，只是把其中的VCC处1VCC改为2即可。OTL功放的局限性是不宜集成化。
11UA?UC?UCE5?VCC??2220=10 V 解
(1)静态下，
若不满足时，可调节R1值使之满足。
?VCC??UCES??(10?3)22??Pom???3W2RL2?8(2)
210?3PV??10??3.1485.6 W
P3??om?100%??100%?54%P5.6V因此
PTm?0.2Pom(理)?0.2?2?8=1.25 W (3)
电路如图题5-9所示。设功率管V1、V2的饱和压降UCES=3 V，用电2压表测得负载RL上的电压Uo=4 V(有效值)，试求负载上得到的功率Po、实际效率?实各为多少?
用有效值计算OCL功放的性能参数。
输出功率Po：
Po??RL8=2 W
V?UCES221?03PV?VCCC??10??πRL3.148额定功率
P2??o?100%?100%?36%PV5.6因此
如图题5-10所示电路，V1,V2为对称管，其饱和压降UCES均为1 V。试回答下列问题：
(1)设最大输出功率Pom=4 W，求电源电压VCC。
(2)RW1、RW2为两个可调节的电位器，当输出波形出现交越失真时，应调节
，是增加还是减少
；定性地画出具有交越失真的输出波形
；产生交越失真的原因是
；静态下，欲使A点的电位UA=0
V，应调节元件。
反算OCL功放的电路参数，并调节交越失真和中点电位。 解
这是一个典型的OCL功放电路。
(1)已知输出功率，求电源电压的大小：
VCC?UCES?+1=9 V
(2)RW2，增加，，晶体管的非线性特性，RW1。
电路与答案
OCL互补电路如图题5-11所示。
(1)在图中标明V1?V4管的导电类型；
(2)将该电路改接成OTL电路，试画出电路图。
填图练习。
(1)答案已标在图题5-11中，V1与V3构成NPN型复合管，V2与V4构成PNP型复合管。注意V4管不能用NPN型，因为在已知条件中指明是OCL互补电路，而不是准OCL。
(2)将图题5-11中的?VCC处接地，并在输出端加一个大电容C，极性为左正右负，就改成了OTL电路。
手册中所给出的功率管最大集电极损耗Pcm是否绝对不能超过?如果可以的话，那么在什么条件下可以超过?
c?Pcm也可以解
Pcm是表征管子温升的一个参数，如果在散热好的条件下P
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