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(bǔ)推挽電路共同組成的多級晶體管放大器，用來實(shí)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(guān)，可以實(shí)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(jì)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(jié)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(guān)鍵詞：放大器;非線性失真;諧波分量計(jì)算;自動采集;算法分析

中圖分類號：TP393? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)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(dá)、自動控制等裝置中。實(shí)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(shè)計(jì)采用簡單的晶體管和阻容元件并運(yùn)用晶體管放大電路原理[2]設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)

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(guān)，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(diǎn)產(chǎn)生失真現(xiàn)象，按鍵和OLED屏實(shí)現(xiàn)人機(jī)交換，按下按鍵切換模式轉(zhuǎn)換不同波形模式，同時(shí)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(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的硬件即電路設(shè)計(jì)部分分為晶體管放大器電路和波形切換開關(guān)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(guān)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(bǔ)推挽電路共同組成，如圖2所示。

2.2參數(shù)切換開關(guān)電路模塊

3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

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(jī)交互部分，stm32先進(jìn)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(yīng)的繼電器開關(guān)閉合并聯(lián)相應(yīng)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(shí)輸出頂部失真信號的THD， K3按下時(shí)輸出底部失真信號的THD， K4按下時(shí)輸出雙向失真信號的THD，按下K5時(shí)輸出交越失真信號的THD，OLED顯示計(jì)算出的THD值。

3.2 THD程序設(shè)計(jì)

3.2.1 THD分析計(jì)算

線性放大器輸入為正弦信號時(shí)，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(jì)算是在stm32主控系統(tǒng)里通過ADC采樣得到數(shù)據(jù)計(jì)算。

4結(jié)束語

本系統(tǒng)的放大電路采用晶體管放大電路和負(fù)反饋調(diào)節(jié)，能有效實(shí)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(jià)格實(shí)惠的晶體管和阻容元件實(shí)現(xiàn)了低成本高效益，可以自動計(jì)算總諧波衡量非線性失真程度，有利于進(jìn)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(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1] 江曉安.模擬電子技術(shù)[M].4版.西安：西安電子科技大學(xué)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】