放大器非线性失真研究装置

武慧玲

摘要：该装置是甲类放大电路与互补推挽电路共同组成的多级晶体管放大器，用来实现信号的非线性失真研究。系统采用stm32f103c8t6为主控，继电器作为参数切换开关，可以实现无明显失真、顶部失真、底部失真、双向失真以及交越失真。通过AD端口采集谐波分量，利用算法分析计算非线性失真度，用oled显示上述五种波形总谐波失真的近似值。最终测试结果表明：该装置可以出现无明显失真和四种失真波形且该装置的非线性失真程度较小。

关键词：放大器;非线性失真;谐波分量计算;自动采集;算法分析

中图分类号：TP393        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）13-0249-02

放大器主要用于通信、广播、雷达、自动控制等装置中。实际中常常需要把一些微弱信号，放大到便于测量和利用的程度[1]。放大器的作用如此之多，对放大器的研究是十分有必要的。本设计采用简单的晶体管和阻容元件并运用晶体管放大电路原理[2]设计出一款适用于研究放大器非线性失真的装置。本装置可以研究放大器的顶部失真、底部失真、双向失真以及交越失真，满足放大器出现的五种非线性失真研究。

1系统方案

1.1系统总体设计

该系统主要由信号源，晶体管放大器和微控制器组成。信号源由数字信号发生器产生输入晶体管放大器，晶体管放大器放大电路前端电路使用甲类放大电路，后端使用推挽电路，前端电路和后端电路共同作用使放大信号出现无明显失真波形和四种非线性失真波形。系统工作原理框图如图1所示，由stm32微控制器控制驱使继电器开关，继电器控制参数改变特定电阻，从而改变每一级的静态工作点产生失真现象，按键和OLED屏实现人机交换，按下按键切换模式转换不同波形模式，同时stm32微控制器采样输出的非线性失真谐波，用oled显示测量出的THD数值。

2 系统硬件设计

本系统的硬件即电路设计部分分为晶体管放大器电路和波形切换开关电路。晶体管放大器部分为该系统工作部分，波形切换开关为控制部分。

2.1晶体管放大电路模块

晶体管放大器电路图为本系统主要电路图，是本系统的核心部分，该部分由甲类放大电路与互补推挽电路共同组成，如图2所示。

2.2参数切换开关电路模块

3系统软件设计

3.1 stm32主程序工作流程

本系统是由stm32f103c8t6作为主控制器，系统的主程序工作流程如图4所示。stm32控制继电器和人机交互部分，stm32先进行OLED，GPIO，ADC初始化，检测并解析串口数据判断按键是否被按下，按键按下相应的继电器开关闭合并联相应的电阻使参数发生改变。K1按下输出无明显失真信号的THD， K2按下时输出顶部失真信号的THD， K3按下时输出底部失真信号的THD， K4按下时输出双向失真信号的THD，按下K5时输出交越失真信号的THD，OLED显示计算出的THD值。

3.2 THD程序设计

3.2.1 THD分析计算

线性放大器输入为正弦信号时，其非线性失真表现为输出信号中出现谐波分量，常用总谐波失真（THD：total harmonic distortion）衡量线性放大器的非线性失真程度。THD计算是在stm32主控系统里通过ADC采样得到数据计算。

4结束语

本系统的放大电路采用晶体管放大电路和负反馈调节，能有效实现放大功能并且出现满足要求的非线性失真，本系统操作简单，制作成本低，采用价格实惠的晶体管和阻容元件实现了低成本高效益，可以自动计算总谐波衡量非线性失真程度，有利于进行放大电路的非线性失真研究，可作为放大器非线性失真研究参考，具有廣泛市场应用前景。

参考文献：

[1] 江晓安.模拟电子技术[M].4版.西安：西安电子科技大学出版社，2016.

[2] 李兹金（А.А.Ризкин）.顾世华等译.放大电路原理[M].北京：人民邮电出版社，1958.

【通联编辑：梁书】