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集成运算放大器的线性应用中,动态测量时,如果输入信号的幅度太大的话,为什么输出信号会出现失真?输入通过一个系统 如何判断失真?

作者:五金加工
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  集成运算放大器的线性应用中,动态测量时,如果输入信号的幅度太大的话,为什么输出信号会出现失真?

  输出信号的幅值Vo等于输入信号的幅值Vi与由运算放大器搭成的放大电路的电压增益a的乘积,即Vo=Vi*A,但是Vo要受到放大电路的最大输出幅度限制,放大电路的最大输出幅度由电源电压和运算放大器的最小失落电压差决定。

  例如LM358在电源电压为5V、环境温度为25℃时,高电平失落电压差为1.5V,低电平失落电压差为5~20mV,那么由它搭成的放大电路的输出电压的上下限,就是3.5V和0.005~0.02V。 我们假设由LM358搭成的某放大电路电压增益是100,如果某一时刻输入信号Vi高电平的幅度超出了0.035V,为0.04V。那么按照Vo=Vi*A来计算,放大电路的输出电压本来应该等于4V,但是由于放大电路的输出电压的上限只有3.5V,所以从Vi达到和超出0.035V的时候,输出电压始终被限制在3.5V而不能随输入电压变化,这种情况通常被称为“削波”或“削峰”,就是因输入信号的幅度太大造成了失真。

  信号输入通过一个系统 如何判断失真?

  表现为输出信号与输入信号不成线性关系,由电子元器特性:曲线的非线性所引起,使输出信号中产生新的谐波成分,改变了原信号频谱,包括谐波失真、瞬态互调失真、 互调失真等。

  解析

  一个理想的放大器,其输出信号应当如实的反映输入信号,即他们尽管在幅度上不同,时间上也可能有延迟,但波形应当是相同的。但是,在实际放大器中,由于种种原因,输出信号不可能与输入信号的波形完全相同,这种现象叫做失真。放大器产生失真的原因主要有2个:

  ①放大器件的工作点进入了特性曲线的非线性区,使输入信号和输出信号不再保持线性关系,这样产生的失真称为非线性失真。

  ②放大器的频率特性不好,对输入信号中不同频率成分的增益不同或延时不同,这样产生的失真成为线性失真。

  模拟电子技术放大器实验时测量动态指标时,都是在输出电压波形没有削波失真情况下进行的。如果输出波形失真,例如最明显的削波失真,会影响动态指标的测量。例如,削波失真时输出电压有效值明显变小,电压放大倍数就会明显减小。 反过来,没有示波器时,逐渐加大输入电压幅度,可以根据电压放大倍数明显下降来判断已经发生削波失真。 而且如果工作点设置是临界的即最佳的,此时输入信号电压幅度可以达到最大,最大不失真输出电压幅度也将达到最大,使放大器获得最大的动态范围和响应。

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