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關于放大器失真的原因你了解多少呢?

為了使信号放大器正常工作而不會對輸出信号造成任何失真,它需要在其基礎或栅極端子上采用某種形式的直流偏置。需要直流偏置,以便放大器可以在整個周期内放大輸入信号,同時将偏置“ Q點”設定為盡可能靠近負載線的中間。偏置Q點設定将為我們提供“ A類”放大配置,最常見的配置是雙極半導體的“共發射極”或單極FET半導體的“共源”配置。放大器提供的功率,電壓或電流增益(放大倍數)是峰值輸出值與其峰值輸入值的比值(輸出÷輸入)。但是,如果我們錯誤地設計了放大器電路,并且将偏置Q點設定在負載線上的錯誤位置,或者将太大的輸入信号施加到放大器,則最終的輸出信号可能不是原始輸入信号的精确再現。波形 換句話說,放大器将遭受通常稱為“放大器失真”的影響。考慮下面的公共發射極放大器電路。

關于放大器失真的原因你了解多少呢?

由于以下原因,可能會導緻輸出信号波形失真:• 由于不正确的偏置水準,可能不會在整個信号周期内進行放大。

• 輸入信号可能太大,導緻放大器半導體受到電源電壓的限制。

• 在輸入的整個頻率範圍内,放大可能不是線性信号。這意味着在信号波形的放大過程中,發生了某種形式的放大器失真。放大器的基本設計是将小電壓輸入信号放大為更大的輸出信号,這意味着對于所有輸入頻率,輸出信号會不斷變化某個因數或值(稱為增益)乘以輸入信号。先前我們看到,該倍增因子稱為半導體的Beta,β值。常見的發射極或什至常見的源極型半導體電路對于較小的AC輸入信号都可以正常工作,但是存在一個主要缺點,即雙極放大器的偏置Q點的計算位置取決于所有半導體的相同Beta值。但是,此Beta值将與相同類型的半導體不同,換句話說,由于固有的制造公差,一個半導體的Q點不一定與相同類型的另一半導體的Q點相同。然後,由于放大器不是線性放大器,會發生放大器失真,并且會導緻一種稱為“失真失真”的放大器失真。仔細選擇半導體和偏置元件可以幫助最小化放大器失真的影響。振幅失真當頻率波形的峰值衰減時,會導緻振幅失真,這是由于Q點偏移而引起的失真,并且在整個信号周期内可能不會發生放大。輸出波形的這種非線性如下所示。

關于放大器失真的原因你了解多少呢?

如果半導體偏置點正确,則輸出波形應與輸入波形具有相同的形狀,隻是放大(放大)。如果沒有足夠的偏置并且Q點位于負載線的下半部分,則輸出波形将看起來像右邊的波形,其負半部分“截止”或被削波。同樣,如果偏置太大,并且Q點位于負載線的上半部分,則輸出波形将看起來像左邊的波形,其正半部分“截止”或被削波。同樣,當偏置電壓設定得太小時,在周期的負一半期間,半導體無法完全導通,是以輸出由電源電壓設定。當偏置太大時,周期的正半部分會使半導體飽和,輸出幾乎降為零。即使設定了正确的偏置電壓電平,由于大的輸入信号被電路增益放大,輸出波形仍然可能失真。即使偏置正确,輸出電壓信号也會被鉗位在波形的正負部分,不再類似于正弦波。這種幅度失真稱為削波,是“過驅動”放大器輸入的結果。當輸入幅度變得太大時,削波變得很明顯,并迫使輸出波形信号超過電源電壓軌,波形信号的峰值(+ ve half)和波谷(-ve half)部分變得平坦或“剪下”。為避免這種情況,必須将輸入信号的最大值限制在一定水準,以防止出現上述削波效應。

關于放大器失真的原因你了解多少呢?

幅度失真大大降低了放大器電路的效率。失真的輸出波形的這些“平頂”是由于不正确的偏置或輸入的過度驅動所導緻的,不會對所需頻率下的輸出信号強度産生任何影響。說了這麼多,實際上,一些著名的吉他手和搖滾樂隊更喜歡通過将輸出波形嚴重鉗位到+ ve和-ve電源軌上來使其失真的聲音高度失真或“過度驅動”。同樣,增加正弦波上的削波量會産生很大的放大器失真,進而最終會産生類似于“方波”形狀的輸出波形,然後可以在電子或數字合成器電路中使用該波形。我們已經看到,對于DC信号,放大器的增益水準會随信号幅度而變化,但除了幅度失真以外,放大器電路中的AC信号還會發生其他類型的放大器失真,例如頻率失真和相位失真。頻率失真頻率失真是另一種放大器失真,當放大水準随頻率變化時,會在半導體放大器中發生。實際放大器将放大的許多輸入信号包括所需的信号波形(稱為“基本頻率”)以及疊加在其上的多個不同頻率(稱為“諧波”)。通常,這些諧波的幅度是基波幅度的一部分,是以對輸出波形影響很小或沒有影響。但是,如果這些諧波頻率的幅度相對于基頻增加,則輸出波形可能會失真。例如,考慮以下波形: