非线性失真产生的原因 - 一文看懂线性失真和非线性失真的区别

　　非线性失真产生的原因

　　①晶体管等特性的非线性；

　　②静态工作等位置设置的不合适或输入信号过大。由于放大器件工作在非线性区而产生的非线性失真有4种：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，设输入信号Vi为正弦波，并且工作点选择在输入特性曲线的直线部分，这样它的输入电流ib也将是正弦波。如果由于电路元件参数选择不当，使静态工作点（Q点）电流ICQ比较高，则对输入电流的负半周，基极总电流iB和集电极总电流iC都减小，使集电极电压VC升高，形成输出电压的正半周，这个输出电压仍然是正弦波，没有失真。但是在输入电流的正半周中，当iB由iBQ=30μA增加到40μA时，iCQ随之由ICQ增大到iCmax，这样形成的输出电压的负半周的底部被削，不再是正弦波，产生了失真。这种由于放大器件工作到特性曲线的饱和区产生的失真，称为饱和失真。

　　相反，如果静态工作点电流ICQ选择的比较低，在输入电流正半周时，输出电压无失真。但是，在输入电流的负半周，晶体管将工作到截止区，从而使输出电压的正半周的顶部被削，产生了失真。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。

　　如果所使用的放大器件是PNP型的，则饱和失真时将出现削顶，而截止失真将出现削底。若输入信号幅度过大，有可能同时出现饱和失真和截止失真。不难看出，为避免产生这2种失真，静态工作点Q应位于交流负载线的中点，并要求输入信号幅度不要过大。

　　交越失真（Crossoverdistortion）是乙类推挽放大器（classBamplifier）所特有的失真。在推挽放大器中，由2只晶体管分别在输入信号的正、负半周内导通，对正、负半周信号进行放大。而乙类放大器的特点是不给晶体管建立静态直流偏置，使其导通的时间恰好为信号的半个周期。但是，由于晶体管的输入特性曲线在VBE较小时是弯曲的，晶体管基本上不导通，即存在死区电压Vr=0.7V。当输入信号电压小于死区电压Vr时，两只晶体管基本上都不导通。这样，当输入信号为正弦波时，输出信号将不再是正弦波，即产生了交越失真。这种失真是由于2只晶体管在交替工作时“交接”不好而产生的，称为交越失真。消除交越失真的办法是给晶体管建立起始静态偏置，使它的基极电压始终不小于死区电压。为了不使电路的效率明显降低，起始静态偏置电流不应太大。这样就把乙类推挽放大器变成了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所特有的失真，它是由于推挽管特性不对称，而使输入信号的正、负半周不对称，这种失真称为不对称失真。消除办法是选用特性对称的推挽管。尤其是在OTL与OCL电路中，互补管应选用同一种材料的，就是说都选用锗管，或者都选用硅管，以保证其输入特性的对称。

　　当电路有非线性失真时，输入正弦信号，输出将变成非正弦信号。而该非正弦信号是由基波和一系列谐波组成的，这就是非线性失真的特点。一个电路非线性失真的大小，常用非线性失真系数r来衡量。r的定义为：输出信号中谐波电压幅度与基波电压幅度的百分比。显然r的值越小，电路的性能也就越好。

　　线性失真和非线性失真的区别

　　1）产生的原因不同，线性失真是由于电路中存在线性元件，其阻抗随频率的不同而不同，从而导致这么大电器对不同频率的信号分量的放大倍数与延迟时间不同而引起的。而非线性失真是由于引进非线性元件或进入非线性区域而引起的。

　　2）产生的结果不同，线性失真可能使不同频率信号分量的大小及相对时间关系发生变化，但决不会产生输入信号所没有的新的频率成分。而非线性失真的主要特征是产生了输入信号所没的的新的频率的成分。

　　3）另外线性失真是在波形畸变上出现了对称的失真，这种失真一般出现在有深度负反馈的功率放大器中；其结果会产生多于的偶次谐波分量。而非线性失真则是波形畸变是不对称的，这种失真是一种指数型失真，一般出现在三极管单管甲类放大电路中，其结果会产生多余的奇次谐波分量.