非線性失真,非線性失真是什么意思

一個理想的放大器,其輸出信號應當如實的反映輸入信號,即他們盡管在幅度上不同,時間上也可能有延遲,但波形應當是相同的. 但是,在實際放大器中,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,這種現象叫做失真. 放大器產生失真的原因主要有2個:

①放大器件的工作點進入了特性曲線的非線性區,使輸入信號和輸出信號不再保持線性關系,這樣產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不同,這樣產生的失真成為線性失真.

非線性失真產生的主要原因來自兩個方面:

①晶體管等特性的非線性;

②靜態工作等位置設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而產生的非線性失真有4 種:飽和失真、截止失真、交越失真和不對稱失真.

在共發射極放大電路中,設輸入信號V i 為正弦波,并且工作點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選擇不當,使靜態工作點( Q 點) 電流ICQ比較高,則對輸入電流的負半周,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iB 由iBQ = 30μA 增加到40μA 時, iCQ隨之由ICQ 增大到iCmax ,這樣形成的輸出電壓的負半周的底部被削,不再是正弦波,產生了失真. 這種由于放大器件工作到特性曲線的飽和區產生的失真,成為飽和失真.

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

如果所使用的放大器件是PNP 型的,則飽和失真時將出現削頂,而截止失真將出現削底. 若輸入信號幅度過大,有可能同時出現飽和失真和截止失真. 不難看出,為避免產生這2種失真,靜態工作點Q 應位于交流負載線的中點,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、負半周導通,對正、負半周信號進行放大. 而乙類放大器的特點是不給晶體管建立靜態偏置,使其導通的時間恰好為信號的半個周期. 但是,由于晶體管的輸入特性曲線在V B E較小時是彎曲的, 晶體管基本上不導通,即存在死區電壓V r . 當輸入信號電壓小于死區電壓時, 2 只晶體管基本上都不導通. 這樣,當輸入信號為正弦波時,輸出信號將不再是正弦波,即產生了失真. 這種失真是由于2 只晶體管在交替工作時“交接”不好而產生的,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偏置, 使它的基極電壓始終不小于死區電壓. 為了不使電路的效率明顯降低,起始靜態偏置電流不應太大. 這樣就把乙類推挽放大器變成了經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,互補管應選用同一種材料的, 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。

當電路有非線性失真時,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. 一個電路非線性失真的大小,常用非線性失真系數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。