【2020年电赛E题】非线性放大器失真装置——最适合用于熟悉三极管的电赛真题（硬件部分）

引言

2020年E题是仪器仪表类中非常基础的一道题，也是作为我们入门所做的第一道题，在昨天也是完成了其硬件部分，故发此文章来记录我们第一次设计电路的过程以及所遇到的问题。

题目

实物

这是我们根据我们弄的仿真做的实物，由于是第一次搞信号题，实物弄的并不是很好，所幸信号还是出的来且还是较好的。

从左到右从上到下分别是：第一级共射放大电路，第二级射极跟随器，第三级共射放大电路，最后一级可消除交越失真的互补输出级，双反比例运放组成的幅值可调、偏置可调的一个偏置电路。

仿真

放大器电路

正常：A关闭，B打开，C打开，D打开
饱和（底部）：A、B都关闭，C打开，D打开
截止（顶部）：A、B都打开，C打开，D打开
双向：A关闭，B打开，C关闭，D打开
交越：A关闭，B打开，C打开，D关闭

注意两点：

为了产生想要的失真，必须把静态工作点设置到一个合适的位置，最好就居中，这样改变阻值时，也就可以产生较好效果的失真。
想要改变静态工作点可以改变Rc或者Rb两个偏置电阻，我认为还是改变Rb的两个偏置电阻来的效果更加明显，配合图解法在脑中可以更好的调试。

五种波形

正常波形

饱和（底部）失真

截止（顶部）失真

双向失真

交越失真

由于我们即设置了发射极电阻，又加入了旁路电容，使得我们的放大倍数较大，几种波形平均下来的幅值大约为2.7V。

第一级电路

第一级电路是共射放大电路，用来进行初步的信号放大，放大后幅值约为185mV。

第二级电路

第二级电路是射极跟随器，用来实现电压跟随，放在两个放大电路中，可以起到缓冲的作用，故其输出信号的幅值也有185mV。

第三级电路

第三级电路是共射放大电路，我们决定在此级来实现失真的出现，顶部和底部失真的产生详细可以看我上一篇文章个人所理解的截止失真——膝盖中箭卫兵；其中双向失真是因为放大倍数过大而导致的。

第四级电路

由于NPN和PNP这两个BE级之间的导通压降如同二极管一半都大约为0.7V，故由此便产生了交越失真；想要消除此失真，便要使用二极管的导通压降来抵消掉三极管的导通压降，于是我们便知道了，这里的开关要放在什么地方。

注意：

在输出端的0.1k的负载是必须要加的，这里的负载电阻相当于一个导线，把三极管两端的交越信号引了出来，不加此负载则会报错。
在调试此级电路的时候，我们的三极管挂彩了很多个，一开始是由于接错了一两条线，冒了点魔法烟雾，改过来以后，上电之后，波形输出了四五秒，电源就直接短路了，一测原来是三极管自己短了。后来我们用万用表接到NPN的基极和发射极端，发现其电压从0.6V一直缓慢减小（此时是用信号发生器直接给的信号，电流很小），我就猜测到有可能是电流过大使得三极管集电极击穿了，去仿真一看，果然集电极电流有60mA之大，实物可能就更大了，于是我们紧急加大了R1和R2，使得基极电流减小，带动集电极的电流也减小到10mA左右，后面就没有再烧管了。

偏置电阻（电压抬升）

为了使单片机ADC能够成功读取到放大器的负电压，偏置电路必不可少！但是我们的ADC读取较为粗略，并且需要手动调节。如果想要自动调节，则可以了解一下AGC自动增益控制电路，其实现的就是一个闭环的限幅电路，极其便于ADC的采集。

这里的偏置电路使用了两个反向比例放大电路，两个主要是为了使其输出信号的相位与输入信号的相位相同，使用反向比例放大电路充当偏置电路的原因是，其放大倍数可以大于1也可以小于1，方便调整最后的输出信号的幅值，可以使其保持在0~3.3V。

总结

在大一的暑假学习完模电后做的第一道题目，也就算是我们的入门题吧，硬件部分也是非常的简单，不过我们从头设计再到仿真再到做实物，还是用了较长的一段时间的，个人觉得还是太慢了。经过这次的实践发现，仿真和实物的电压还是会相差一两伏，不过还是在误差范围之内。

还是感觉是有一些迷茫的，我们还需要多实践，多做，才能积累经验，我们下一步打算做的是2017年的电赛E题，难度应该是骤增哈哈（苦笑），不过也没关系，接下来就是要学习数字信号处理了！

PS.其实在做实物之前，还一直担心实物搞出来没有效果，不过最后还是成功了（虽然中间有很多次都没有出效果，原因就是焊接上出了点问题：接错线了哈哈，幸好都发现并改正了）。哦对了，我们的软件部分还在琢磨，硬件部分已经完美搞定了。