共射三极管放大电路顶部失真问题

登录 · 发表于 2013-8-22 10:31

大家好，
请教一个问题，下图是我仿真的一个共射放大电路，

下图是负载上的电压曲线

明显看出正峰值不到2.5V，而负峰值超过2.5V，是顶部截止失真，但大家看一下原理图，基极静态工作点
电压为5.9V，而输入信号只有10mv，应该不会发生截止失真吧，这是怎么回事呢？？？

发表于 2013-8-22 11:08

应该是非线性惹的祸

发表于 2013-8-22 11:30

主要是三极管输入非线性的影响，造成输出波形上面“胖”下面“瘦”。
用电流源驱动会好很多。信号源内阻为某个值时，失真最小。

发表于 2013-8-22 12:00

maychang 发表于 2013-8-22 11:30
主要是三极管输入非线性的影响，造成输出波形上面“胖”下面“瘦”。
用电流源驱动会好很多。信号源内阻为 ...

"信号源内阻为某个值时，失真最小。"此言差矣！
俗话讲，知己知彼，百战不殆。楼主所举分压偏置共射放大电路是最典型的放大器。波形失真源于晶体管非线性。要抑制晶体管非线性，就要了解这种电路有哪些因素能抑制非线性。
分压偏置共射放大电路抑制晶体管非线性的因素有两个，一是信号源内阻，二是发射极没有并联电容的那个反馈电阻。
信号源内阻越大，抑制晶体管非线性效果自然越好。在信号源输出线上串联电阻，可以人为地加大信号源内阻。但信号源内阻是客观存在，而且影响电压增益，所以不能指望无限加大信号源内阻来抑制晶体管非线性。
幸好，抑制晶体管非线性，还可以靠发射极反馈电阻。但是目前传统模拟电子技术教科书为了降低教学难度，把那个不并联电容的电阻Re1撤掉了，见楼主图，结果丑化了歪曲了经典的分压偏置共射放大电路，误导读者。

最全面客观的分压偏置共射放大器见下图（摘自于***《模拟电子技术》）。

楼主试一试，无论断开信号源串进去一个小电阻，人为地加大信号源内阻，还是断开晶体管发射极，再串联进去一个小的反馈电阻，都能有效地抑制晶体管非线性，改善放大器输出电压波形。

此外，按照规范，楼主图里的各个电阻，都以加大100倍左右为宜。

发表于 2013-8-22 15:14

心底无私发表于 2013-8-22 12:00
"信号源内阻为某个值时，失真最小。"此言差矣！
俗话讲，知己知彼，百战不殆。楼主所举分压偏置共射放大 ...

增加信号源内阻和射极反馈电阻可以缓解失真情况，但是我还有两个问题，
1.射极反馈电阻原理我明白，但是增加信号源内阻为什么可以缓解失真现象呢？
2.关于这个非线性失真原理我是这样理解的：
产生非线性失真根本原因是因为集电极输出电压摆幅较大时，会改变电流放大系数（因为三极管输出特性曲线在线性区不是水平的，而是上扬的，对于一个基极电流，集电极与发射极极间电压越大，电流放大倍数越大）。
考虑基极输入电流一个周期情况（前半周期为正，后半周期为负），在第一个1/4周期中，基极电流逐渐变大，经过电流放大倍数放大，在集电极电阻上产生一个相似地电压，但是由于集电极电阻上电压变大后，VCE(集电极与发射极间电压)变小，因输出曲线上扬，电流放大倍数变小，所以在第一个和第二个1/4周期
中，基极电流的放大倍数不是固定的，而是先变小在变大，所以集电极电阻上的电压要比理想曲线矮胖。原理相同，在第三个和第四个1/4周期中，电流放大系数先变大后变小，所以集电极电阻上的电压要比理想曲线
高瘦，而输出电压是电源电压减去集电极电阻上的电压，故输出电压前办周期高瘦，后半周期矮胖。
为什么和我的仿真结果相反呢？？？大家帮我分析一下啊~~

发表于 2013-8-22 17:24

非线性失真主要由两个因素，一个是输入特性，二是Ic—β
对于共射放大，3楼已指出，Ib—Ube会使得输出波形上部发胖
所谓“增加源阻抗克服非线性”即是改善Ib—Ub线性（不是Ube），实际意义不大，是为“闹着玩儿”的东西
上部发胖另个原因则是因为Ic较低时β也要下降
虽然选择工作点在线性偏好甚至采用补偿，但实际中多以负反馈改善为主
由于非线性定量并不容易，所以一般应用设计也就不要太过细致，好在我们有负反馈

发表于 2013-8-22 17:44

530991163 发表于 2013-8-22 15:14
增加信号源内阻和射极反馈电阻可以缓解失真情况，但是我还有两个问题，
1.射极反馈电阻原理我明白，但是 ...

非线性因素最主要的是晶体管的非线性输入特性即rbe的非线性造成的。在原理上看，线性电阻βRe1与非线性电阻rbe相加，所以Re1能抑制非线性，另一方面，线性的信号源内阻rs也是与rbe相加，所以rs也能抑制非线性。

登录 · 发表于 2013-8-22 18:12

4楼忘记上载插图了，补在这里：

发表于 2013-8-22 18:33

心私：你说的那些措施是有效的，一口一个非线性，但我估计你不知道为什么有效•从理论上证明下会不会？

另外：8楼的电路图，一看就知道是外行画的。滑动电阻为什么用在上面（Rb1处），想去吧

发表于 2013-8-23 00:13

登录 · 发表于 2013-8-23 08:58

xukun977 发表于 2013-8-22 18:33
心私：你说的那些措施是有效的，一口一个非线性，但我估计你不知道为什么有效•从理论上证明下会不会？

...

头戴着一顶985高校博导教授的大帽子，只可惜事事都得别人教，真可悲！

输入特性曲线就是一个轨道，电流电压要严格地沿着这个轨道转移或转换。
所以特性曲线是直线，则正弦电流转换为正弦电压，或者正弦电压转换为正弦电流；特性曲线是曲线，则正弦电流转换为非正弦电压，或者正弦电压转换为非正弦电流。
此图是正弦电流经过非线性的pn结特性轨道转换为上矮胖下瘦长的非正弦电压的示意图。
在楼主BJT放大器中，是正弦电压转换为上瘦长下矮胖的非正弦基极电流，再放大为上瘦长下矮胖的非正弦集电极电流，再加上负号转换为上矮胖下瘦长的非正弦电压。

登录 · 发表于 2013-8-23 09:05

真能扯。
Rb1短路烧哪个元件或者器件？

发表于 2013-8-23 09:11

maychang 发表于 2013-8-23 09:05
真能扯。
Rb1短路烧哪个元件或者器件？

他的意思是，RB1短路的话，加在三极管基极电压和电流将会非常大，等同于Ucc12V电压，三极管有可能烧坏，但是电路中有集电极电阻和发射极电阻限制，所以又不可能烧坏

发表于 2013-8-23 09:20

放大倍数太大了吧，静态工作点很重要的说~

发表于 2013-8-23 09:26

电路中任何一个电阻都可能短路，对吧。
所以假若Re1、Re2都短路了，如果Rb1再短路，烧管子就是铁定的了。
假若电位器改在下边的Rb2，则即使Re1、Re2都短路了，如果Rb2再短路，也不会烧管子。
俗话说，不怕一万，就怕万一。尤其是学生做实验，说不定给你老师出啥乱子，乱烧一气。老师考虑周到了，就不怕出乱子。即使出了乱子也不会烧管子。

发表于 2013-8-23 09:40

心底无私发表于 2013-8-23 09:26
电路中任何一个电阻都可能短路，对吧。
所以假若Re1、Re2都短路了，如果Rb1再短路，烧管子就是铁定的了。
...

你这考虑也太周到了吧，几个不同部位的电阻同时短路的情况是微乎及微的，短路唯一的可能性就是接错线，因为电阻烧毁只会开路，钽电容烧毁才会短路

发表于 2013-8-23 09:48

不怕一万，就怕万一。
学生做实验，各种接错线的情况n多了。
考虑周到难道不好？

发表于 2013-8-23 11:14

mark

登录 · 发表于 2013-8-23 11:29

可变电阻器阻值正常变化范围是0--标定值，也就是说大头所说的“短路”--0欧姆，落在预计范围之内,所以不是“意外”。

既然Re1，Re2都会被学生弄短路了，那学生同样有可能把电源接到220V高压上去啊（就像17楼教授说的，长沙学院学生太淘气啊，总是乱烧东西啊），这样一来电路同样还会烧毁啊，电路还是不安全啊，考虑的还是不周到啊，教授还得继续改进啊。。。:lol

发表于 2013-8-23 12:44

除了北京邮电学院x7博导的学生愚钝之极会把+12V电源接到220V上以身试法之外，其他学校的学生都不会犯此低级错误。

当今模电书错误奇多，包括影响最厉害的电路图错误。
X7博导上载的分压偏置共射放大器电路图又是一个奇葩：那个10μ电容，本来应该只与下面的910Ω电阻相并联。在X7手里，那个10μ电容，却同时与100Ω、910Ω上下两个电阻相并联！
独立的100Ω电阻本来应该兼有稳定工作点和抑制晶体管非线性输入特性两种作用，但是在X7手里活活地被矮化了！只剩下稳定工作点一种简单作用。

目前模电教科书错误奇多，原来X7是一个始作俑者。

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