用正弦波信号作信号源,送到待测音频放大电路输入端,然后用示波器观察并比较放大电路输出、输入端的波形,以大致判断放大电路的失真情况,是大家非常熟悉并经常采用的办法。实际工作中发现,人眼观察方波信号的畸变比观察正弦波信号的畸变更敏感,因此用方波信号作信号源有独特的优点。实践证明也确是如此。下面就介绍一下检查方法。
检查频率失真
大家知道,一个方波信号是由很多不同频率的正弦波信号合成的(见图1)。因此,如果用方波信号作信号源,就等于给被测放大电路同时输入许多频率不同的正弦波,而放大电路能否同等地把这些频率不同的正弦波加以放大,就是对放大电路的直接考验。所谓频率失真,就是放大电路没有对输入的所有频率同等地加以放大,结果引起输出波形失真。因此,我们只要用示波器观察放大电路输出方波的失真情况,就能很方便地大致判断出电路的失真情况。


图2是用方波信号发生器和示波器测试音频放大器失真的方框图。图中方波信号发生器可以选用商品的信号发生器或脉冲信号发生器。如无商品仪器,自制也很简单。有正弦波信号发生器的读者,也可自制一个简单的射耦双稳态电路,将正弦波信号变换成方波信号。有关自制方波信号源及射耦双稳态变换器的电路,可参阅上海业余工业大学编写的《晶体管开关电路》一书中的第三、第五章。一般示波器(如SBT-5型同步示波器)均可使用。方波信号发生器的信号电压和重复频率数值的选择,和使用正弦信号时一样。测试时音频范围可分为三档:音频低档可在50~100赫内选一点;音频中档可在500~2500赫内选一点;音频高档可在5~20千赫内选一点。常使用的三个重复频率为100赫、1000赫、10千赫。图3是用这三个频率输入给某音频放大电路后,由示波器观察到的三个输出波形。下面就具体讲讲如何从这些波形来分析判断电路的失真情况。

一个方波的前后沿高度等于放大电路增益的标尺,而方波的平顶部分则相当于某一测试范围的测量频率的标尺。一个具有频率失真的被测放大电路,就等于一个使某些频率信号升高而将另外某些频率信号压低的电路。当把一个方波信号输入到具有频率失真的被测电路时,方波平顶部分这把“频率尺子”就会被待测电路给以歪曲而变得走样。很明显,待测放大电路的高音频特性不佳,靠近前沿的平顶部分就会被衰减,结果方波的平顶部分就会变为“不平”,成为前低后高的形状。如果待测放大器对中音频的增益有抬升,平顶部分就会变成中间凸起的形状。同样,如果低频特性不佳,方波就会变成前高后低的形状。我们掌握了上面讲的这些规律,就不难根据图形的变化来判断被测放大电路的频率失真情况了。
图2中,输入到待测放大器A点的方波应是一个标准正方波信号(如图4)。负载电阻R的数值及瓦数应根据放大器的功率来确定。经放大后的输出波形可能是图4到图9波形中的一种。

1.不论是低(50~100频)、中(500~2500赫)、高(5~20千赫)档频率,当放大器B点输出波形均如图4时,就说明被测放大器电路工作正常,频率失真很小。
2.当B点波形如图5时,方波的前沿向上抬,说明放大器低、中频频率响应不良。其原因可能是放大电路中某些耦合电容或旁路电容(对晶体管放大电路来说是电解电容)的电容量变小了。这些电容容量减小后,对低音频信号的衰减比对高音频信号衰减大,使放大器对高音频增益大,结果就会造成输出波形前沿增高、后沿降低的现象。
3.当B点波形的后沿如图6那样向上提升时,说明放大电路低音频响应过强。其原因一般是由于负反馈电路的高音频分量过大造成的。
4.当B点波形变成圆顶波形(见图7)时,说明待测放大器对某一个频率的响应过强,即放大器对某个或某一档频率有峰值。
这种波形说明放大器中的耦合变压器可能损坏,或者是某耦合电容、旁路电容有问题。当电路中的退耦电容失效、负反馈电路失效或欠佳时也会产生这种波形。
5.输出方波的前沿为圆角(见图8),说明待测放大电路的中、高档频响应不佳。方波前沿圆角越大,高频响应越差。其故障原因,可能是因为电路中的分布电容过大或耦合变压器质量不好所引起。
6.输出方波的前沿出现阻尼振荡(如图9)。在低档频率中,说明待测频率范围中点响应过强。如在中档频率出现这种现象,说明高音频端频响过强。
电路故障原因可能出自:①负反馈网路失效;②导线间有漏电现象;③耦合变压器损坏;④屏蔽不良;⑤负载电阻开路;⑥旁路电容器变值等。
检查非线性失真
非线性失真与频率失真的不同点,是不论频率高低,都会使被放大的方波信号变形。图10是一个工作点处在线性区中心点的甲类放大电路工作曲线。由于工作点处在放大器线性放大部分的中心点上,此时非线性失真很小。当放大器的工作点偏离线性区中心点而偏向上方时,由于正半方波的顶部工作在非线性的饱和区,所以波形被逐渐压缩。负半方波此时工作在线性区中,基本上没有失真。因此被放大后的方波就变成了上短下长的形状(如图13)。反之,工作点偏向中心点的左方时,被放大后的波形将成为图14形状。


由上述分析可知,有非线性失真的放大器,放大后的输出波形是不对称的,并且非线性失真度越大,不对称性越严重。所以当我们观察到的输出波形如图4~图9时,就说明放大器一般只有频率失真。如果放大后的输出波形上下既不对称,波顶又有变化(不平顶),而且很明显,就说明放大器既存在非线性失真,又存在频率失真。
一般放大器的非线性失真,很少见有正负两半个半波都存在而又相等的情况。如果遇到这种情况,可用示波器上的时标来测定非线性失真的大小。例如,如果标定方波前、后沿上的时间光点间隔基本相等,放大器的非线性失真就很小;如果时标光点间隔不等,就说明放大器的非线性失真大。(王本轩)