共基极放大器怎么减小非线性失真

共基极电路的最大问题在于输入阻抗太小，不过在实际使用中一般都采用改进型的共基极电路，比如著名的渥尔曼电路（Cascode，即在共基极电路基础上增加一个可变电流源），整个电路的性能会有极大改善。

简单讲，是因为晶体管放大倍数本不是一根直线，不仅是临界截止区那段不是直线，这根线段的高端，临界饱和区那也是弯的。所以如果你把整根放大曲线都用上，就意味着输入信号的峰尖部分和峰谷部分放大量会相对于中间部分的放大量小一些，这就叫非线性失真。
那怎么能减小非线性失真呢？最简单的办法是我不用整根放大曲线，我就截取其中一段用。这样我输入信号的峰谷、峰腰、峰顶都能得到同等水平的放大。加负反馈就起到了这个作用
打个比方说吧，你到哈哈镜前照镜子，因为哈哈镜是或凹或凸的，所以你走近了照自己，肯0定看到的是一幅变形了的怪脸，但是这面镜子的每一个小部分，他都是相对平坦的啊，所以你如果退后一些，再用这镜子上的一小块区域照自己的脸，这样看到的就不会是变形了的脸了。
至于说减小输出信号幅度为什么没法减除其他失真呢？
我再讲个不太恰当的比方，无论你站在镜子的什么位置，也无论你用哪一小块镜子照脸，你脸上的眉毛该粗还是粗，你嘴边没擦掉的米饭粒该挂着还会挂着，这都不会因为你距离镜子的距离变化了而发生变化的。

功放失真是指重放音频信号波形畸变的现象，通常分为电失真和声失真两大类。电失真就是信号电流在放大过程中产生了失真，而声失真是信号电流通过扬声器，扬声器未能如实地重现声音。
无论是电失真还是声失真，按失真的性质来分，主要有频率失真和非线性失真两种。其中，引起信号各频率分量间幅度和相位的关系变化，仅出现波形失真，不增加新的频率成分，属于线性失真。而谐波失真（THD）、互调失真（IMD）等可产生新的频率成分，或各频率分量的调制产物，这些多余产物与原信号极不和谐，引起声音畸变，粗糙刺耳，这些失真属于非线性失真。在这里，分别对谐波失真、互调失真、瞬态互调失真（TIM）、交流接口失真（IHM）等加以讨论。
音频功放电路
1．谐波失真
谐波失真是由功放中的非线性元器件引起的一种失真。这种失真使音频信号产生许多新的谐波成分，叠加在原信号上，形成了波形失真的信号。将各谐波引起的失真叠加起来，就是总谐波失真度，其值常用输出信号中的所有谐波均方根值与基波电压有效值之比的百分数来表示。在这里，基波信号就是输入信号，所有谐波信号为由非线性失真引入的各次谐波信号。显然，该百分数越小，谐波失真越小
，电路性能越好。目前，Hi－Fi功放的谐波失真一般控制在005%以下，许多优质功放的谐波失真已小于001%，而专业级音频功放的谐波失真度一般控制在003%以下。事实上，当总谐波失真度小于01%时，人耳就很难分辨了。另需说明的是，对于一台指定的音频功放而言，例如，某音频功放的总谐波失真指标表示为THD<0009%(1W)。初看起来，似乎总谐波失真很小，但它只是在输出功率为1W时的总谐波失真，这与在有关标准要求的测量条件下所得的总谐波失真值是不同的。所以，在标明音频功放的总谐波失真指标时，一般都会注明测量条件。
众所周知，人的听觉系统是极其复杂的，有时谐波失真小的功放不如谐波失真大的耐听，这种现象的原因是多方面的。其中，与各次谐波成分对音质的影响程度不同有直接关系。尽管石机与胆机的稳态测试数据相同，但人们总觉得胆机的低音醇厚激荡、中音明亮圆润、高音纤细清澈，极为耐听；石机则低频强劲有力，中高频通透明亮，但高频发毛，声音生硬，音色偏冷。经频谱分析发现，石机含有大量的奇次谐波，奇次谐波给人耳造成刺耳难听的感觉；胆机则含有丰富的偶次谐波，而人耳对偶次谐波不敏感。此外，人耳对偶次谐波失真分辨力较低，对高次谐波却非常敏感，这也是上述现象的重要原因之一。
降低谐波失真的办法主要有：
1)施加适量的电压负反馈或电流负反馈；2)选用fT高、NF小、线性好的放大元器件；3)尽可能地提高各单元电路中对管的一致性；4)采用甲类放大方式，选用优秀的电路程式；5)提高电源的功率储备，改善电源的滤波性能。
2．互调失真
两种或多种不同频率的信号通过放大器后或扬声器发声时互相调制而产生了和频与差频以及各次谐波组合产生了和频与差频信号，这些新增加的频率成分构成的非线性失真称为互调失真。通常，将两个振幅按一定比例（多取4:1）的高低频信号，混合进入电路，新产生的非线性信号的均方根值与原较高频率信号的振幅之比的百分数来量度互调失真，即互调失真的大小，可用互调产物电平与额定信号电平的百分比来表示。此值越大，互调失真越大。显然，互调失真度的大小与输出功率有关。由于新产生的这些频率成分与原信号没有相似性，因而较小的互调失真也很容易被人耳觉察到，听起来感到又尖、又刺耳，且伴有“声染色”现象。也就是说，互调失真带来的影响，会使整个重放系统的声场缺乏层次感，清晰度下降。在Hi-Fi功放中，总希望互调失真度越小越好，要做到这一点是非常困难的，因而高保真功放要求该值小于01%即可。当然，石机与胆机相比，前者的互调失真要大一些，这也是为什么石机的音色不及胆机甜美的一个原因。
减小互调失真的方法，常见的有：
1)采用电子分频方式，限制放大电路或扬声器的工作带宽；2)在音频功放的输入端增设高通滤波器，消除次低频信号；3)选用线性好的管子或电路结构。
3．瞬态失真
瞬态失真是现代声学的一个重要指标，它反映了功放电路对瞬态跃变信号的保持跟踪能力，故又称为瞬态反映。发生瞬态失真的高保真系统，输出的音乐信号缺少层次感和透明度。一般地，发生瞬态失真的原因有：
1)电路内电抗元器件的作用过大，频率范围不够宽；2)扬声器振动系统的动作跟不上瞬变电信号的变化。
瞬态失真的主要表现形式有两种，即瞬态互调失真和转换速率(SR)过低引起的失真。
瞬态互调失真
在输入脉冲性瞬态信号时，因电路中电容（如滞后补偿电容、管子极间电容等）的存在使输出端不能立即得到应有的输出电压（即相位滞后）而使输入级不能及时获得应有的负反馈，放大器在这一瞬间处于开环状态，使输入级瞬间过载，此时的输入电压比正常时要高出好几十倍，导致输入级瞬间的严重削波，这一削波失真称为瞬态互调失真。它实质上是一种瞬态过载现象。
由于胆机抗过载能力强，放大倍数低，没有深度级间负反馈，仅有一些局部负反馈，因而不易产生瞬态互调失真。而一般石机都采用了大环路深度负反馈网络来满足低失真、宽频带的要求。可见，瞬态互调失真主要发生在石机中。此外，音量大、频率高、动态范围大的节目源最容易产生瞬态互调失真。原因在于：音乐在零信号电平附近的时间变化率最大，会使声音变得不完全清晰，特别是中低档石机，往往出现在高频部分，产生尖硬、刺耳的感觉，即所谓的“晶体管声”和“金属声”。
瞬态互调失真是在20世纪70年代提出来的一项动态指标，主要由音频功放内部的深度负反馈引起的。被公认为是影响石机音质，导致“晶体管声”和“金属声”的罪魁祸首，人们对此极为重视。改善TIM可从其形成机理入手，常采用的方法有：
1)将放大器的开环增益和负反馈量分别控制在50dB和20dB左右；2)选用高fT的管子，前级采用fT大于100MHz的管子，末级功率管的fT
应大于20MHz，尽量拓宽电路的开环频响，并加大各级自身的电流负反馈，取消大环路负反馈。目前有部分功放（如钟声JA-100）的末级扩流电路不介入环路负反馈，其目的之一便在于此；3)采用全互补对称电路，提高功率输出级的工作电流，并在输出级前增设缓冲放大级，改善电路的瞬态响应；4)取消相位滞后电容，改滞后补偿为超前补偿，即不用滞后补偿电容，而在大环路反馈电阻上并联一只适当容量的小电容；5)适当加大输入级的静态电流，增大其动态范围，并在其输入电路中设置低通滤波器，消除80kHz以上的高频杂波信号，防止高频干扰信号导致输入级瞬间过载。
转换速率过低引起的失真
转换速率指音频设备对猝发声信号或脉冲信号的跟踪或反应能力，是反映功放电路瞬态应变能力的重要参数。转换速率过低引起的瞬态失真是由于放大器输出信号的变化跟不上输入信号的迅速变化而引起的。如果给放大器输入一个足够大的脉冲信号时，其电压的最大变化速率应是电压上升值与所需时间之比，单位是每秒上升多少伏，写成数字表达式为SR=V/μs。SR对高保真功放来说，它直接影响放大器的瞬态响应和反应速度，SR值高的功放，解析力、层次感及定位感都好，听感佳，重放流行音乐更是如此。SR数值的大小与功放的输出电压和输出高频截止频率等有关，输出功率大的，SR值就大；高频截止频率高的，SR值也大，优质功放的SR值可达100V/μs。为了提高功放的SR值，通常采用超高速、低噪声的管子，但SR值过高，易使电路自激，稳定性变差。此外，前级电路的SR值不应高于后级电路，否则易引起瞬态互调失真。顺便多说几句，功放的SR可用示波器来估测，方法是先给音频功放馈送一方波信号，作为输入信号，其输出信号波形前沿上升至额定值所需时间，所得的结果用V/μs表示便是转换速率的大小。显然，如果音频功放能够很好地处理方波信号，那就表明它具有很好的转换速率和较宽的频率特性。
4．交流接口失真
交流接口失真是由扬声器的反电动势通过线路反馈到电路而引起的。改善这种失真的方法有：1)减少电路级数，适当加大电路的静态工作电流；2)选择适合的扬声器，使阻尼系数更趋合理；3)采用大容量优质电源变压器，并适当提高滤波电容的容量，在滤波电容上并联小容量CBB电容。

非线性失真亦称波形失真、非线性畸变，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
解决办法
1甲乙类放大器
即classAB Amplifier。
2VbeMultiplier
Vbemultiplier可解决thermalrunaway问题，因为Vbe随温度变化呈负反馈

一、负反馈可提高增益的稳定性
在放大电路中引入负反馈，虽然会导致闭环增益的下降，但能使放大电路的许多性能得到改善。例如，可以提高增益的稳定性，扩展通频带，减小非线性失真，改变输入电阻和输出电阻等。下面将分别加以讨论。
放大电路的增益可能由于元器件参数的变化、环境温度的变化、电源电压的变化、负载大小的变化等因素的影响而不稳定，引入适当的负反馈后，可提高闭环增益的稳定性。
当放大电路中引入深度交流负反馈时，
，即闭环增益几乎仅决定于反馈网络。反馈网络通常由性能比较稳定的无源线性元件（如R、C
等）组成，因而闭环增益是比较稳定的。一般情况下，为了从数量上说明增益的稳定程度，常用有、无反馈时增益的相对变化量的大小来衡量。用和
分别表示开环和闭环增益的相对变化量，此时用正实数A和F分别表示和的模，则闭环增的表达式变为
对上式求导数得
（1）
（2）
将等式（2）两边分别除以
，则得相对变化量形式，即
（3）
由式（3）可见，加入负反馈后，闭环增益的相对变化量为开环增益相对变化量的，即闭环增益的相对稳定度提高了，愈大，即反馈越深，越小，闭环增益的稳定性越好。
二、负反馈可扩大通频带
负反馈具有稳定闭环增益的作用，即引入负反馈后，由各种原因，包括信号频率的变化引起的增益的变化都将减小。
为使分析简单，设反馈网络由纯电阻构成，而且基本放大电路在高频段和低频段各仅有一个拐点，其高频增益的表达式为
式中
为开环中频增益，
为开环上限频率。
引入负反馈后，高频段闭环增益的表达式为
分子、分母同除以1+
，得
式中
为中频区闭环增益，
为闭环上取胜频率。
同理，可求出闭环下限频率为
由上述结果可见，引入负反馈后，中频闭环增益下降为
，上限频率扩展为
，即通频带扩展到无反馈时的
倍。
如果基本放大电路有多个拐点，且反馈网络又不是纯电阻网络时，问题就比较复杂了，但是通频带展宽的趋势不变。
三、负反馈可减小非线性失真
三极管、场效应管等有源器件具有非线性的特性，因而由它们组成的基本放大电路的电压传输特性也是非线性的，如图1中的曲线1所示。当输入正弦信号的幅度较大时，输出波形就会产生非线性失真。
图1
引入负反馈后，将使放大电路的闭环电压传输特性曲线变平缓，线性范围明显展宽。在深度负反馈条件下，
，若反馈网络由纯电阻构成，则闭环电压传输特性曲线在很宽的范围内接近于直线，如图1中的曲线2所示，输出电压的非线性失真会明显减小。
需要说明的是，加入负反馈后，若输入信号的大小保持不变，由于闭环增益降至开环增益的
，基本放大电路的净输入信号输出信号也降至开环时的
，显然，三极管等器件的工作范围变小了，其非线性失真也相应地减小了。为了去除工作范围变小对输出波形失真的影响，以说明非线性失真的减小是由负反馈作用的结果，必须保证闭环和开环两种情况下，有源器件的工作范围相同（输出波形的幅度相同），因此，应使闭环时的输入信号幅度加至开环时的
倍，如图1中的A、B两点。另外，负反馈只能减小反馈环内产生的非线性失真，如果输入信号本身就存在失真，负反馈则无能为力。
四、负反馈能抑制反馈环内噪声和干扰
对放大电路来说，噪声或干扰是有害的，下面介绍负反馈能抑制噪声的原理。设在图1（a）中，增益为的放大电路的输入端，存在输入信号和噪声或干扰电压①。此时电路的信－噪比为
图1
为了提高电路的信－噪比，在图1(a)的基础上，另外增加一增益为
的前置级，并认为该级为无噪声的，然后对此整体电路加一反馈系数为
的反馈网络，如图(b)所示。由此可得反馈系统输出电压的表达式为
于是可得新的信噪比为
它比原有的信－噪比提高了
倍。必须注意的是，无噪声放大电路在实践中是很难做到的，但可使它的噪声尽可能小，如精选器件、调整参数，改进工艺等。
例如，一台扩音机的功率输出级常有交流哼声，来源于电源的50Hz的干扰。其前置级或电压放大级由稳定的直流电源供电，噪声或干扰较小，当对整个系统的后面几级外加一负反馈环时，对改善系统的信噪比具有明显的效果。
若噪声或干扰来自反馈环外，则加负反馈也无济无事。
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①
一般而言，噪声电压vn的频谱分布很广，严格地说，用
来表示是不妥的，这里只是说明负反馈能抑制噪声并提高信噪比的原理。
五、负反馈对放大电路输入电阻的影响
负反馈对输入电阻的影响取决于反馈网络与基本放大电路在输入回路的连接方式，而与输出回路中反馈的取样方式无直接关系（取样方式只改变的具体含义）。因此，分析负反馈对输入电阻的影响时，只需画出输入回路的连接方式，如图1所示。其中Ri是基本放大电路的输入电阻（开环输入电阻），Rif是负反馈放大电路的输入电阻（闭环输入电阻）。
图1
1．串联负反馈使输入电阻增大
与开环时相比，在串联负反馈放大电路中，由于反馈信号与输入信号在输入回路中进行串联比较，结果使基本放大电路的净输入信号下降，输入电流较之开环时为小，故闭环输入电阻比开环输入电阻Ri高。反馈越深，Rif增加得越多。由图1(a)可知，开环输入电阻为
有负反馈时的闭环输入电阻为
而
所以
由此可知，引入串联负反馈后，输入电阻Rif是开环输入电阻Ri的（1+）倍。
应当指出，在某些负反馈放大电路中，有些电阻并不在反馈环内，如共射电路中的基极电阻Rb，反馈对它并不产生影响。这类电路的方框图如图1(b)所示，可以看出
而整个电路的输入电阻
因此，更确切地说，引入串联负反馈，使引入反馈的支路的等效电阻增大到基本放大电路输入电阻的（1+）倍。但不管哪种情况，引入串联负反馈都将使输入电阻增大。
2．并联负反馈使输入电阻减小
由图1(c)可见，在并联负反馈放大电路中，反馈网络与基本放大电路的输入电阻并联，因此闭环输入电阻Rif小于开环输入电阻Ri。由于
，
而
所以
此式表明，引入并联负反馈后，闭环输入电阻是开环输入电阻的1/(1+)倍。
六、负反馈对放大电路输出电阻的影响
负反馈对输出电阻的影响取决于反馈网络在放大电路输出回路的取样方式，与反馈网络在输入回路的连接方式无直接关系（输入连接方式只改变的具体含义）。因为取样对象就是稳定对象。因此，分析负反馈对放大电路输出电阻的影响，只要看它是稳定输出信号电压还是稳定输出信号电流。
1．电压负反馈使输出电阻减小
电压负反馈取样于输出电压，又能维持输出电压稳定，就是说，输入信号一定时，电压负反馈放大电路的输出趋于一恒压源，其输出电阻很小。可以证明，有电压负反馈时的闭环输出电阻为无反馈时开环输出电阻的1/(1+)①。反馈愈深，Rof愈小。
2．电流负反馈使输出电阻增加
电流负
反馈取样于输出电流，能维持输出电流稳定，就是说，输入信号一定时，电流负反馈放大电路的输出趋于一恒流源，其输出电阻很大。可以证明，有电流负反馈时的闭环输出电阻为无反馈时开环输出电阻的(1+)倍。反馈愈深，Rof愈大。
七、引入负反馈的一般原则
由以上分析可以知道，负反馈之所以能够改善放大电路多方面的性能，归根结底是由于将电路的输出量（
或
）引回到输入端与输入量（
或）进行比较，从而随时对净输入量（
或
）及输出量进行调整。前面研究过的增益恒定性的提高、非线性失真的减小、抑制噪声、扩展通频带以及对输入电阻和输出电阻的影响，均可用自动调整作用来解释。反馈愈深，即
愈大时，这种调整作用愈强，对放大电路性能的改善愈为有益。另外，负反馈的类型不同，对放大电路所产生的影响也不同。
工程中往往要求根据实际需要在放大电路中引入适当的负反馈，以提高电路或电子系统的性能。引入负反馈的一般原则为：
1
为了稳定放大电路的静态工作点，应引入直流负反馈；为了改善放大电路的动态性能，应引入交流负反馈（在中频段的极性）。
2
信号源内阻较小或要求提高放大电路的输入电阻时，应引入串联负反馈；信号源内阻较大或要求降低输入电阻时，应引入并联系反馈。
3
根据负载对放大电路输出电量或输出电阻的要求决定是引入电压还是电流负反馈。若负载要求提供稳定的信号电压或输出电阻要小，则应引入电压负反馈；若负载要求提供稳定的信号电流或输出电阻要大，则应引入电流负反馈。
4
在需要进行信号变换时，应根据四种类型的负反馈放大电路的功能选择合适的组态。例如，要求实现电流——电压信号的转换时，应在放大电路中引入电压并联负反馈等。
这里介绍的只是一般原则。要注意的是，负反馈对放大电路性能的影响只局限于反馈环内，反馈环路未包括的部分并不适用。性能的改善程度均与反馈深度
有关，但并不是
越大越好。因为
都是频率的函数，对于某些电路来说，在一些频率下产生的附加相移可能使原来的负反馈变成了正反馈，甚至会产生自激振荡，使放大电路无法正常工作。另外，有时也可以在负反馈放大电路中引入适当的正反馈，以提高增益等等。

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