放大器非線性失真研究裝置

武慧玲

摘要：該裝置是甲類放大電路與互補推挽電路共同組成的多級晶體管放大器，用來實現(xiàn)信號的非線性失真研究。系統(tǒng)采用stm32f103c8t6為主控，繼電器作為參數(shù)切換開關，可以實現(xiàn)無明顯失真、頂部失真、底部失真、雙向失真以及交越失真。通過AD端口采集諧波分量，利用算法分析計算非線性失真度，用oled顯示上述五種波形總諧波失真的近似值。最終測試結果表明：該裝置可以出現(xiàn)無明顯失真和四種失真波形且該裝置的非線性失真程度較小。

關鍵詞：放大器;非線性失真;諧波分量計算;自動采集;算法分析

中圖分類號：TP393? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）13-0249-02

放大器主要用于通信、廣播、雷達、自動控制等裝置中。實際中常常需要把一些微弱信號，放大到便于測量和利用的程度[1]。放大器的作用如此之多，對放大器的研究是十分有必要的。本設計采用簡單的晶體管和阻容元件并運用晶體管放大電路原理[2]設計出一款適用于研究放大器非線性失真的裝置。本裝置可以研究放大器的頂部失真、底部失真、雙向失真以及交越失真，滿足放大器出現(xiàn)的五種非線性失真研究。

1系統(tǒng)方案

1.1系統(tǒng)總體設計

該系統(tǒng)主要由信號源，晶體管放大器和微控制器組成。信號源由數(shù)字信號發(fā)生器產(chǎn)生輸入晶體管放大器，晶體管放大器放大電路前端電路使用甲類放大電路，后端使用推挽電路，前端電路和后端電路共同作用使放大信號出現(xiàn)無明顯失真波形和四種非線性失真波形。系統(tǒng)工作原理框圖如圖1所示，由stm32微控制器控制驅(qū)使繼電器開關，繼電器控制參數(shù)改變特定電阻，從而改變每一級的靜態(tài)工作點產(chǎn)生失真現(xiàn)象，按鍵和OLED屏實現(xiàn)人機交換，按下按鍵切換模式轉(zhuǎn)換不同波形模式，同時stm32微控制器采樣輸出的非線性失真諧波，用oled顯示測量出的THD數(shù)值。

2 系統(tǒng)硬件設計

本系統(tǒng)的硬件即電路設計部分分為晶體管放大器電路和波形切換開關電路。晶體管放大器部分為該系統(tǒng)工作部分，波形切換開關為控制部分。

2.1晶體管放大電路模塊

晶體管放大器電路圖為本系統(tǒng)主要電路圖，是本系統(tǒng)的核心部分，該部分由甲類放大電路與互補推挽電路共同組成，如圖2所示。

2.2參數(shù)切換開關電路模塊

3系統(tǒng)軟件設計

3.1 stm32主程序工作流程

本系統(tǒng)是由stm32f103c8t6作為主控制器，系統(tǒng)的主程序工作流程如圖4所示。stm32控制繼電器和人機交互部分，stm32先進行OLED，GPIO，ADC初始化，檢測并解析串口數(shù)據(jù)判斷按鍵是否被按下，按鍵按下相應的繼電器開關閉合并聯(lián)相應的電阻使參數(shù)發(fā)生改變。K1按下輸出無明顯失真信號的THD， K2按下時輸出頂部失真信號的THD， K3按下時輸出底部失真信號的THD， K4按下時輸出雙向失真信號的THD，按下K5時輸出交越失真信號的THD，OLED顯示計算出的THD值。

3.2 THD程序設計

3.2.1 THD分析計算

線性放大器輸入為正弦信號時，其非線性失真表現(xiàn)為輸出信號中出現(xiàn)諧波分量，常用總諧波失真（THD：total harmonic distortion）衡量線性放大器的非線性失真程度。THD計算是在stm32主控系統(tǒng)里通過ADC采樣得到數(shù)據(jù)計算。

4結束語

本系統(tǒng)的放大電路采用晶體管放大電路和負反饋調(diào)節(jié)，能有效實現(xiàn)放大功能并且出現(xiàn)滿足要求的非線性失真，本系統(tǒng)操作簡單，制作成本低，采用價格實惠的晶體管和阻容元件實現(xiàn)了低成本高效益，可以自動計算總諧波衡量非線性失真程度，有利于進行放大電路的非線性失真研究，可作為放大器非線性失真研究參考，具有廣泛市場應用前景。

參考文獻：

[1] 江曉安.模擬電子技術[M].4版.西安：西安電子科技大學出版社，2016.

[2] 李茲金（А.А.Ризкин）.顧世華等譯.放大電路原理[M].北京：人民郵電出版社，1958.

【通聯(lián)編輯：梁書】