一种放大器非线性失真研究装置设计

【摘　要】本文是根据作者参与2020年全国大学生设计大 赛E题（放大器非线性失真研究装置）竞赛方案撰写的。本电 路特性检测装置由信号外接输入、三极管信号处理、AD转换电 路、单片机控制电路以及显示器和按键等组成。在三极管放大 电路中，无失真放大电路、顶部和底部及双向失真电路采用了 三极管三级放大电路，通过调节放大电路集电极的可调电阻， 从而输出各种非线性失真波形及无明显失真波形。在分析“总 谐波失真”电路中，采用了 24为高精度AD采样电路和FFT算 法处理，使用了STM32完成信号处理及系统综合控制。整个电 路在考虑精度、速度和复杂度方面进行了适当的优化设计，过 程中先仿真进行验证，经过对实际电路研究和理论分析后不断 优化，最终设计达到了预计目标。 【关键词】三极管放大；波形失真；AD 转换；FFT 算法 该文主要介绍了一种用于研究放大器非线性失真的实验装置设计，该装置结合了三极管放大、AD转换和单片机控制等技术，适用于教育和科研领域，特别是针对2020年全国大学生设计大赛E题的解决方案。下面是相关知识点的详细说明： 1. **三极管放大电路**： - 三极管被用作放大器的核心组件，通过三级放大电路实现无失真放大、顶部失真、底部失真和双向失真。 - 分压式偏置共射放大电路构成第一级和第二级，能够产生不同类型的失真。 - 第三级为乙类OTL功率放大电路，专门用于研究交越失真。 2. **非线性失真**： - 饱和失真：当输入信号达到峰值，三极管进入饱和状态，输出不再随输入线性变化，造成失真。 - 底部失真：通过调整三极管集电极的可调电阻实现，当输入信号在负半周接近零点时，三极管进入截止状态，导致输出失真。 - 顶部失真和双向失真：通过调整放大电路参数，使三极管在正半周的峰值附近产生失真。 3. **AD转换电路**： - 使用24位高精度AD采样电路，提高信号测量的精度，用于分析总谐波失真。 - 采用STM32微控制器内置的AD转换功能，处理FFT算法，对信号进行数字化分析。 4. **FFT算法**： - 快速傅里叶变换(FFT)是一种高效的计算离散傅里叶变换的方法，用于分析信号的频率成分，评估总谐波失真。 5. **单片机控制电路**： - STM32微控制器负责信号处理和系统的综合控制，包括AD转换结果的处理和失真分析。 6. **系统优化设计**： - 设计兼顾了精度、速度和复杂度的平衡，通过仿真验证和实际电路研究，不断优化设计方案，最终满足预期目标。 7. **方案选择**： - 选择了方案三，它结合了方案一和方案二的优点，将标准放大电路与不同失真电路分开处理，并采用外部24位高精度AD转换器。 8. **系统原理框图**： - 系统主要包括信号输入、三极管放大电路、AD转换电路、单片机控制电路和显示/按键接口。 通过这种设计，学生和研究人员能够深入理解和研究放大器的非线性行为，为改进和优化放大器性能提供实验基础。同时，该装置的灵活性和可调性使其适应于不同的教学和实验需求。