克服交越失真的互补对称输出电路研究

研究克服交越失真的互补对称输出电路。

实验仿真元件及其对应名称见表6-5-1。

表6-5-1　实验仿真元件及其对应名称

如图6-5-1所示为互补对称输出静态、动态仿真电路及输入/输出电压波形。

利用直流电压表，测量两个电路中晶体管基极B和发射极E的电位，得到对应的静态工作点。（基本互补对称）静态输出仿真电路如图6-5-1a所示，（克服交越失真互补对称）静态输出仿真电路如图6-5-1b所示。

用示波器分别观察两个电路输入电压波形和输出电压波形，并测试输出电压的幅值。（基本互补对称）动态输出仿真电路如图6-5-1c所示，（克服交越失真互补对称）动态输出仿真电路如图6-5-1d所示。

（a）（基本互补对称）静态输出仿真电路

（b）（克服交越失真互补对称）静态输出仿真电路

（c）（基本互补对称）动态输出仿真电路

（d）（克服交越失真互补对称）动态输出仿真电路

（e）（基本互补对称）动态输出仿真电路的输入/输出电压波形

（f）（克服交越失真互补对称）动态输出仿真电路的输入/输出电压波形

图6-5-1　互补对称输出静态、动态仿真电路及输入/输出电压波形

晶体管采用NPN型2N3904和PNP型2N3906，二极管采用1N4007。

在实际电路中，几乎不可能得到具有完全理想对称性的NPN型和PNP型晶体管，但是在仿真软件Proteus中却可以做到。因此，通过仿真可以观察由于晶体管输入特性影响所产生的交越失真以及消除失真的方法。

仿真电路所用的信号发生器所输出的电压信号的设置方法，仿真模拟电路时常用的虚拟示波器的使用方法，请阅读本章第一节半导体二极管特性的研究中有关内容。

（1）点击拾取元器件的按钮，单击按钮，输入所需的元件名或型号，并将各元件拖动至编辑窗口。

（2）点击终端按钮，在对象选择器中列出各种终端，其中包含了GROUND（地）、POWER（直流稳压电源）在内的多个元件，选中并拖动至编辑窗口。

（3）点击虚拟仪器按钮，选择所需的仪表，如信号发生器、示波器、电压表、电流表等。

放置元器件后的界面如图6-5-2所示。

图6-5-2　放置元器件后的界面

（4）用导线将各个元器件及测量仪表按照图6-5-1所示的各个电路连接起来。注意，一定要点击连接，不能将两个元件的触点放在一起，此时电路仍是不通的。

（5）双击或右键单击元件，选择“Edit Properties”（编辑属性）选项，修改所需元件的参数。

（6）右键点击信号发生器，选择“VSM Signal Generator”（信号发生器），弹出信号调整对话框，调整输出电压的幅值和频率，幅值大小见表6-5-2中的输入信号峰-峰值，并将信号的频率调整至1kHz。

（7）右键点击示波器，选择“Digital Oscilloscope”（数字示波器），弹出波形框，选择调整相应的挡值等。

（8）点击编辑界面左下角的仿真运行按钮，仿真电路开始运行。

将仿真结果填入表6-5-2和表6-5-3中，并与理论值比较。

表6-5-2　基本互补输出仿真电路的仿真数据

表6-5-3　克服交越失真互补输出仿真电路的仿真数据

（1）对于毫伏级电压的测量，使用电压表时要注意选择相应的测量挡值。如果用伏特级电压表测量，则显示数值为0。在克服交越失真的互补对称动态输出仿真电路中，测管子的基极动态电位时，要使用交流电压表。

（2）对基本互补对称输出电路的仿真测试可知：

①电路静态工作时，晶体管基极和发射极直流电压均为0，静态功耗小。

②当输入电压小于晶体管B-E间的开启电压时，两只晶体管均截止，所以输出信号波形产生了明显的交越失真，且输出电压峰值小于输入电压峰值。

（3）对克服交越失真互补对称输出电路的仿真测试可知：

①晶体管基极直流电位UB3≈-UB4≈715mV，表明两只管子在静态时均处于导通状态，发射极的直流电位UE3≈14.9mV，很接近0，说明管子具有很好的对称性。UB3≠-UB4、UE3≠0的原因仍在于NPN型晶体管2N3904和PNP型晶体管2N3906的不对称性。

②输入电压的峰-峰值为4V，有效值约1.41V。在动态测试中，UB7＝UB8＝1.58V≈Ui，说明在动态的近似分析中，可将Q7和Q8的基极与输入端看成一个点。

③输出电压峰值与输入电压峰值相差无几，且输出信号波形没有产生失真，说明合理设置静态工作点是消除交越失真的基本方法，而且使电路的射极电压跟随特性更好。