非線性失真,非線性失真是什么意思

非線性失真,非線性失真是什么意思

一個(gè)理想的放大器,其輸出信號應(yīng)當(dāng)如實(shí)的反映輸入信號,即他們盡管在幅度上不同,時(shí)間上也可能有延遲,但波形應(yīng)當(dāng)是相同的. 但是,在實(shí)際放大器中,由于種種原因,輸入信號不可能與輸入信號的波形完全相同,這種現(xiàn)象叫做失真. 放大器產(chǎn)生失真的原因主要有2個(gè):

①放大器件的工作點(diǎn)進(jìn)入了特性曲線的非線性區(qū),使輸入信號和輸出信號不再保持線性關(guān)系,這樣產(chǎn)生的失真稱為非線性失真.

②放大器的頻率特性不好,對輸入信號中不同頻率成分的增益不同或延時(shí)不同,這樣產(chǎn)生的失真成為線性失真.

非線性失真產(chǎn)生的主要原因來自兩個(gè)方面:

①晶體管等特性的非線性;

②靜態(tài)工作等位置設(shè)置的不合適或輸入信號過大. 由于放大器件工作在非線性區(qū)而產(chǎn)生的非線性失真有4 種:飽和失真、截止失真、交越失真和不對稱失真.

在共發(fā)射極放大電路中,設(shè)輸入信號V i 為正弦波,并且工作點(diǎn)選擇在輸入特性曲線的直線部分,這樣它的輸入電流ib 也將是正弦波.

如果由于電路元件參數(shù)選擇不當(dāng),使靜態(tài)工作點(diǎn)( Q 點(diǎn)) 電流ICQ比較高,則對輸入電流的負(fù)半周,基極總電流iB 和集電極總電流iC 都減小, 使集電極電壓V C 升高,形成輸出電壓的正半周,這個(gè)輸出電壓仍然是正弦波,沒有失真. 但是在輸入電流的正半周中,當(dāng)iB 由iBQ = 30μA 增加到40μA 時(shí), iCQ隨之由ICQ 增大到iCmax ,這樣形成的輸出電壓的負(fù)半周的底部被削,不再是正弦波,產(chǎn)生了失真. 這種由于放大器件工作到特性曲線的飽和區(qū)產(chǎn)生的失真,成為飽和失真.

相反地,如果靜態(tài)工作點(diǎn)電流ICQ 選擇的比較低,在輸入電流正半周時(shí),輸出電壓無失真. 但是,在輸入電流的負(fù)半周,晶體管將工作到截止區(qū),從而使輸出電壓的正半周的頂部被削,產(chǎn)生了失真. 這種失真是由于放大器工作到特性曲線的截止區(qū)產(chǎn)生的,稱為截止失真.

如果所使用的放大器件是PNP 型的,則飽和失真時(shí)將出現(xiàn)削頂,而截止失真將出現(xiàn)削底. 若輸入信號幅度過大,有可能同時(shí)出現(xiàn)飽和失真和截止失真. 不難看出,為避免產(chǎn)生這2種失真,靜態(tài)工作點(diǎn)Q 應(yīng)位于交流負(fù)載線的中點(diǎn),并要求輸入信號幅度不要過大.

交越失真是乙類推挽放大器所特有的失真. 在推挽放大器中,由2 只晶體管分別在輸入信號的正、負(fù)半周導(dǎo)通,對正、負(fù)半周信號進(jìn)行放大. 而乙類放大器的特點(diǎn)是不給晶體管建立靜態(tài)偏置,使其導(dǎo)通的時(shí)間恰好為信號的半個(gè)周期. 但是,由于晶體管的輸入特性曲線在V B E較小時(shí)是彎曲的, 晶體管基本上不導(dǎo)通,即存在死區(qū)電壓V r . 當(dāng)輸入信號電壓小于死區(qū)電壓時(shí), 2 只晶體管基本上都不導(dǎo)通. 這樣,當(dāng)輸入信號為正弦波時(shí),輸出信號將不再是正弦波,即產(chǎn)生了失真. 這種失真是由于2 只晶體管在交替工作時(shí)“交接”不好而產(chǎn)生的,稱為交越失真. 消除交越失真的辦法是給晶體管建立起始靜態(tài)偏置, 使它的基極電壓始終不小于死區(qū)電壓. 為了不使電路的效率明顯降低,起始靜態(tài)偏置電流不應(yīng)太大. 這樣就把乙類推挽放大器變成了經(jīng)常使用的甲乙類推挽放大器. 不對稱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對稱,而使輸入信號的正、負(fù)半周不對稱,這種失真稱為不對稱失真. 消除辦法是選用特性對稱的推挽管. 尤其是在O TL 與OCL 電路中,互補(bǔ)管應(yīng)選用同一種材料的, 就是說都選用鍺管,或者都選用硅管,以保證其輸入特性的對稱。

當(dāng)電路有非線性失真時(shí),輸入正弦信號,輸出將變成非正弦信號. 而該非正弦信號是由基波和一系列諧波組成的,這就是非線性失真的特點(diǎn). 一個(gè)電路非線性失真的大小,常用非線性失真系數(shù)r 來衡量. r 的定義為:輸出信號中諧波電壓幅度與基波電壓幅度的百分比. 顯然r 的值越小,電路的性能也就越好。