非线性失真产生的主要原因来自两个方面,晶体管等特性的非线性和静态工作位置设置的不合适或输入信号过大。放大器件工作在非线性区时会产生四种非线性失真: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,输入信号为正弦波时,如果静态工作点(Q点)电流ICQ选择较高,那么在输入电流的负半周,基极电流iB和集电极电流iC都会减小,导致集电极电压Vc升高,形成输出电压的正半周。此时,输出电压仍然是正弦波,无失真。然而,在输入电流的正半周,当iB从30μA增加到40μA时,iCQ也随之增大到iCmax,形成的输出电压的负半周底部被削,不再是正弦波,产生失真。这种失真是由于放大器件工作到特性曲线的饱和区产生的,称为饱和失真。
相反,如果静态工作点电流ICQ选择较低,在输入电流正半周时,输出电压无失真。但在输入电流负半周,晶体管将工作到截止区,导致输出电压的正半周顶部被削,产生失真。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。
对于PNP型放大器件,饱和失真时会出现削顶,而截止失真时会出现削底。若输入信号幅度过大,可能同时出现饱和失真和截止失真。避免这两种失真的方法是使静态工作点Q位于交流负载线的中点,并限制输入信号幅度。
乙类推挽放大器特有的失真为交越失真。在推挽放大器中,两只晶体管分别在输入信号的正、负半周导通,对信号进行放大。乙类放大器不给晶体管建立静态偏置,使它们导通的时间恰好为信号半个周期。然而,由于晶体管的输入特性曲线在VBE较小时弯曲,晶体管基本不导通,存在死区电压Vr。当输入信号小于死区电压时,两只晶体管几乎都不导通。因此,当输入信号为正弦波时,输出信号不再是正弦波,产生失真。消除交越失真的方法是给晶体管建立初始静态偏置,确保其基极电压始终不小于死区电压。这样可以将乙类推挽放大器变成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特有的失真,由推挽管特性不对称引起,导致输入信号正、负半周不对称。消除不对称失真的方法是选择特性对称的推挽管。特别是对于OTL和OCL电路,互补管应选用同一种材料,以保证输入特性的对称性。
当电路产生非线性失真时,输入正弦信号的输出将变为非正弦信号。该非正弦信号由基波和一系列谐波组成,这就是非线性失真的特点。衡量电路非线性失真大小的常用指标是非线性失真系数r,其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。r值越小,电路性能越好。
非线性失真亦称波形失真、非线性畸变,表现为音响系统输出信号与输入信号不成线性关系,由电子元器特性:曲线的非线性所引起,使输出信号中产生新的谐波成分,改变了原信号频谱,包括谐波失真、瞬态互调失真、 互调失真等,非线性失真不仅会破坏音质,还有可能由于过量的高频谐波和直流分量烧毁音箱高音扬声器和低音扬声器。
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