所以内阻上的压降也随T2信号电流的大小而发生变化。内阻上电压的变化必然影响电源电压。使得电源电压随着输入信号的大小而发生波动，波动的电源电压会加到T1的基极。在单级放大电路中，输入电压与输出电压相反，而在两级放大电路中，由于两次，输出电压就与输入电压相位相同。此时出现的正是信号的正反馈。当此反馈量达到一定幅度时，也就是说，电源内阻足够大时。电路就会发生由于电源内阻的耦合而产生的自激。
　　如果电源的内阻为零。这种自激就不可能发生。事实上。任何电源内阻都不为零。所以正反馈也不可能消除。因此，只有提高电源电压的稳定度。减小由电源内阻而形成正反馈信号的幅度，使它形不成自激。
　　通常的方法是（如上图中虚线所示）加入由R、C1～C3组成的去耦电路。
　　由于Cl与内组r构成的阻容电路，已使电源供电电压的波动大为减小。再加上R、C2作第二次滤波，则T1的工作电压波动更小。C3的作用是有效滤除高频干扰。防止高频自激。
　　二、地线内阻引起的自激及消除　　　　地线也是有内阻存在的。各级电流流经地线时会通过地线内阻造成不利耦合。在数字电路和高频电路中。由于任何导线都有，其远大于直流。其阻抗产生的影响也较大。下图是由于公共地线的内阻引起自激的示意图。电路的公共点都经过输入端的A点接地。各级的信号电流也都由后级经A点入&地&。再经电源构成回路。图中AB、BC、CD各段导线总是有内阻的，BD各段因位于后级。影响较小。而AB段的电阻就不能忽略了。当T2中放大后的信号电流通过AB端导线时的电压降的极性与Tl基极上输入信号是相同的。构成了正反馈。如果这个反馈电压足够大。就会引起电路自激。
　　因此，对于地线内阻引起自激的排除方法是，减小地线的内阻，就是把地线加粗，地线铜箔面积留大一些。对于数字电路及高频电路中地线的电感作用，减小的方法是用扁平导体作地线，用多根导线并联，但导线之间的距离不能过近。另外，还要注意适当的接地方式及接地点的选择。本例中的接地点就选择不合适。一般要避免强电电路和弱电电路共用地线，数字电路和模拟电路共用地线。
　　三、负反馈放大电路的自激及消除　　　　负反馈放大电路假定工作在中频区，这时电路中存在的级间耦合。发射极旁路及的结电容等，这些元件的影响可以忽略。但在低频区和高频区。这些电抗元件的影响不容忽略。信号的幅值和相位会随着的变化而变化，当附加的相移达到一定程度时。就会使电路中的负反馈变成正反馈。从而有可能引起电路的自激。对于可能产生自激振荡的负反馈放大电路，采用相位补偿的方法可以消除其自激。通常是在放大电路中加入RC相位补偿网络（见右图），以改善放大电路的频率特性。
　　四、寄生电容引起的自激及消除　　　　寄生电容一般是指电感、电阻、芯片引脚等在高频情况下表现出来的电容特性。在低频情况下不明显。在高频情况下，有害的耦合增大。常常会引起高频自激。
　　晶体管的结电容也是寄生电容，对于其极间反馈引起自激的消除方法是，在其基极和集电极之间加入&中和电容&，使结电容和&中和电容&引入的反馈信号幅值相等而抵消。从而消除了极间反馈。
　　对于消除放大电路元件之间＼导线之间的分布电容引起的高频自激，就必须对高频放大电路的设计、制造工艺有较高要求。线路板前后级尽量顺序一线式排列。
　　使后级远离前级。电路中的信号输入线、输出线、交流电源线应分开走，不能平行布线。对增益较大的放大器。两级之间还要采取一定的屏蔽隔离措施。
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放大器干扰、噪声抑制和自激振荡的消除
赵红梅， 米启超
(平顸山工学院，河南平顶山467001)
[摘 要] 阐述了一般放大器干扰、噪声和自激振荡产生的原因，并介绍了抑制干扰、噪声，消除自激
振荡的方法
[关键词] 放大器；干扰；噪声抑制；自激振荡
[中图分类号] (3453 [文献标识码]A [文章编号]l(33—03
模拟电子技术实验教学中，放大器的调试是最基本的一项内容．放大器的调试一般包括调整和测量静态工作点，
调整和测量放大器的性能指标：放大倍数、输入电阻、输出电阻和通频带等 由于放大电路是一种弱电系统，具有很高
的灵敏度，因此很容易接受外界和内部一些无规则信号的影响．也就是在放大器的输入端短路时，输出端仍有杂乱无
规则的电压输出，利用示波器或扬声器就可察觉到．这就是放大器的噪声或干扰电压．如果这些干扰和噪声的大小
和有用信号相近时，那么在放大器的输出端有用信号将可能被淹没，或者有用分量和干扰噪声分量将难以分辨而妨碍
对有用信号的观察和测量．另外，由于安装、布线不合理，负反馈移相以及各级放大器共享一个直流电源造成级问耦
合等，也能使放大器没有输入信号时，有一定幅度和频率的电压输出，例如收音机的尖叫声或“突突⋯ ⋯”的汽船声，这
就是放大器发生了自激振荡．噪声、干扰和自激振荡的存在都妨碍了对有用信号的观察和测量，放大器增益越高，这
种现象越突出，严重时放大器将不能正常工作．所以必须抑制干扰、噪声和消除自激振荡，才能进行正常的调试和测
量．而放大器的研究、发展过程其实就是不断研究抑制干扰、噪声和消除自激振荡的过程．
1 噪声及其减小抑制
1．1 放大器中的噪声
放大器中的噪声是放大器中各元件(包括管子、电阻等)内部载流子的不规则热运动所造成的，主要是电路中的电
阻热噪声和三极管内部噪声，它实际上是杂乱的无规则的变化电压或电流．
1．1．1 电阻的热噪声：任何电阻(导体)即使不与电源接通，它的两端仍有电压，这种由于导体中组成传导电流的自由
电子无规则的热运动而引起的，因此，某一瞬时向一个方向运动的电子有可能比向另一个方向运动的电子数目多，即
在任何时刻通过导体每个截面的电子数目的代数和是不等于零的．这一电流流经电路就产生一个正比于电路电阻的
电压．这种由于电子无规则的热运动而产生的随时间而变化的噪声电压，称为热噪声电压．
1．1．2 三极管的噪声：当有电流流过半导体三极管时，就会产生噪声．这种噪声比电阻元件的起伏噪声大得多，所以
对放大器的影响更为重要．三极管的噪声来源有3种：uI J
1．1．2．1 热噪声：由于载流子不规则的热运动所产生，主要存在于半导体管内的体电阻，与电阻元件热噪声性质类
似，温度越高，噪声越大．
1．1．2．2 散粒噪声：通常所说的三极管中的电流，只是一个平均值，实际上通过发射结注入到基区的载流子数目，在
各个瞬时都不相同，因而引起发射极电流或集电极电流有一个无规则的波动，便形成了散粒噪声．
1．1．2．3 颤动噪声：管子产生颤动噪声的原因现在还不十分清楚，但被设想为载流子在晶体表面的产生和复合所引
起，因此与半导体材料本身及工艺水平有关．这种噪声与频率成反比，所以也叫做1／f噪声．在低频时，管子的噪声主
要由它决定．对于电阻元件的噪声，绕线电阻最小，碳膜电阻最大．
1．2 减小噪声的措施
1．2．1 合理设置放大器通频带：在保证有用信号能够不失真放大的条件下，应尽量减小放大器的通频带和输入电阻，
以使噪声电压限制在一定的范围之内．
1．2．2 选用低噪声的元器件：在设计低噪声放大器时，宜选用低噪声的场效应管FET或CMOSFET代替普通三极管
BJT．电阻应尽可能选用绕线式电阻或金属膜电阻．
[收稿日期]
[作者简介] 赵红梅(1972一)，女，河南省平顶山人，平顶山工学院计算机工程系助教
· 34 · 平顶山师专学报 2002年
1．2．3 选用合适的放大电路：放大电路的第一级首选由BJT或FET组成的差动放大电路．当要求更高时可在低噪
声运放电路前加上一个高稳定、低噪声的共源一共基串接的前置差分放大电路．
2 放大器中的干扰及其抑制
干扰是外界因素对放大器中各部分的影响所造成的，例如通过电源进来的50}k交流电压，放大器周围存在的发
电机、电动机及气体放电器件等的杂散电磁场，以及放大器有机械振动时等都可能在输出端出现干扰电压．
2．1 放大器中的干扰
2．1．1 杂散电磁场干扰：放大器周围存在杂散电磁场时，放大器的输入电路或某些重要元件处于这种变动的电场和磁
场中，就会感应出干扰电压．对于一个放大倍数比较高的放大器来说，只要第一级引进一点微弱的干扰电压，经过各级
的放大，放大器的输出端就有一个较大的干扰电压．所以干扰电压可由磁感应或静电感应产生．[2]
2．1．2 由于接地点安排不正确而引起的干扰：实验过程中，对于多级放大器经常会由于接地点安排不当，在输入级引
起微弱的线路阻抗等附加电压(称为寄生反馈电压)，经多级放大后，严重损坏输出电压波形．
2．1．3 由于电子设备的共同端没有正确连接而产生的干扰．
2．1．4 由于直流电源电压波动引起的干扰．
2．1．5 由于交流电源串人的干扰：当交流电网的负载突变时(如电机的起动和制动)，在负载突变处交流电源线与地
之f可将产生高频干扰电压．这个电压引起的高频电流将通过直流稳压电源、放大器及放大器与地之间的分布电容，经
过地线再返回负载突变处组成回路，这样就构成了对放大器的高频干扰．
实验中放大器的干扰与三极管的噪声是非常普遍的．其频率如果是50 l_k(或100 Hz)，一般称为50}k交流声，
有时是非周期性的，没有一定规律．50 Hz交流声大都来自电源变压器或交流电源线，100 Hz交流声往往是由于整流
滤波不良造成的．另外，由电路周围的电磁波干扰信号以及电路中的地线接的不合理引起的干扰电压也是常见的
于放大器的放大倍数很高(特别是多级放大器)，只要在它的前级引起一点微弱的干扰，经过几级放大，在输出端就可
以产生一个很大的干扰电压．
2．2 抑制干扰的措施
2．2．1 合理布线：放大器输入回路的导线和输出回路、交流电源的导线要分开，不要平行铺设或捆扎在一起， 以免相
2．2．2 屏蔽：小信号的输入线可以采用具有金属丝外套的屏蔽线，外套接地．整个输入级用单独金属盒罩起来，外罩
接地．电源变压器的初、次级之间加屏蔽层．电源变压器要远离放大器前级，必要时可以把变压器也用金属盒罩起
来，以利隔离．
2．2．3 滤波：为防止电源串人干扰信号，可在交(直)流电源线的进线处加滤波电路．如图1(a)、(b)、(c)所示的无源
(a) (b) (c) (d)
图1 干扰和噪声四种滤波电路
滤波器可以滤除天电干扰(雷电等引起)和工业干扰(电机、电磁铁等设备起、制动时引起)等干扰信号
， 而不影响50 Hz
电源的引入．图中电感、电容元件，一般L为几
一几十mH，C为几千 ．图1(d)中的阻容串
联电路对电源电压的突变有吸收作用，以免其
进入放大器．R和C的数值可选100 Q和2“F
2．2．4 共点接地：在各级放大电路中，如果接
地点安排不当，也会造成严重的干扰．例如，在
图2中，同一台电子设备的放大器，由前置放大
级和功率放大级组成．当接地点如图中实线所
示时，功率级的输出电流是比较大的，此电流通
过导线产生的压降，与电源电压一起，作用于前
流 ． 澍一
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．．．⋯ ⋯ ． · ’．
图2 接地点不同对干扰和噪声的影响
第5期 赵红梅，米启超：放大器干扰、噪声抑制和自激振荡的消除 ·35·
置级，引起扰动，甚至产生振荡．还因负载电流流回电源时，造成机壳(地)与电源负端之间EgE,波动，而前置放大级的
输入端接到这个不稳定的“地”上，会引起更为严重的干扰．如将接地点改成图中虚线所示，则可克服上述弊端．
2．2．5 直流电源应采用高精度直流稳压电源供电
3 自激振荡及其消除
3．1 自激振荡的产生和特点
3．1．1 自激振荡的产生：放大器增益过高，多级放大器负反馈网络产生的附加相移，电路分布电容等都影响放大器工
作的稳定性，而产生的振荡现象称为自激振荡．这时不加任何输入信号，放大器也会产生一定频率的信号输出．放大
器性能指标和自激振荡的克服是一对矛盾．
3．1．2 自激振荡的特点：自激振荡和噪声的区别是，自激振荡的频率一般为比较高或极低的数值，而且频率随着放大
器元件参数不同而改变(甚至拨动一下放大器内部导线的位置，频率也会改变)，振荡波形一般是比较规则的，幅度也
比较大，往往使三极管处于饱和和截止工作状态，使输出信号严重失真．检查放大器是否发生自激振荡，可以把输入
端短路，用示波器(或毫伏表)接在放大器的输出端进行观察．
3．2 自激振荡的消除
3．2．1 电路安装合理布局：高频自激振荡主要是由于安装、布线不合理引起的．例如输入和输出线靠的太近，产生正
反馈作用．对此应从安装工艺方面解决，如元件布置紧凑，接线要短等．也可以用一个小电容(例如左右)一端接地，
另一端逐级接触管子的输入端，或电路中合适部位，找到抑制振荡的最灵敏的一点(即电容接此点时，自激振荡消失)，
在此处外接一个合适的电阻电容或单一电容(一般由试验决定)，进行高频滤波或负反馈，以压低放大电路对高频信号
的放大倍数或移动高频电压的相位，从而抑制高频自激振荡，如图3所示．
图3 高频滤波或负反馈抑制高频振荡 图4 去耦电路消除低频振荡
3．2．2 用去耦电路消除内阻引起的寄生反馈：低频自激振荡是由于各级放大电路共用一个直流电源所引起的．如图
6所示，因为电源总是有一定的内阻Ro，特别是电池用的时间过长或稳压电源质量不高，使得内阻Ro比较大时，则会
引起U cc处电位的波动，U CC的波动作用到前级，使前级输出电压相应变化，经放大后，使波动更厉害，如此循环，就
会造成振荡现象．最常用的消除办法是在放大电路各级之间加上“去耦电路”如图4中的R和C，从电源方面使前后
级减小相互影响．R的值一般为几百n，C的值一般选几十 或更大一些．
3．2．3 牺牲增益，控制负反馈放大器的级数：或接入“相移校正网络”(一般运放都带有频率校正端子)．
[ 参考文献]
[I] 童诗白．模拟电子技术基础[M]．北京：高等教育出版社，1988．
[2] 康华光．模拟电子技术[M]．北京：高等教育出版社，1999．
On removing the interferences& noise restraint and
automatic oscillation of the amplifier
ZHAO Hong—mei ， MI Qi—chao
(Pingdingshan Institute Of Technology，Pingdingshan，Henan
467001，China)
Abstract： The article elaborates the causes of the existence Of
interference．noise restraint and automat—
ic oscillation Of the amplifier and introduces the methods of
removing them．
Key words： am plifier；interference& noise
restraint；automatic oscillation
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　　音频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。　　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0.05%以下，许多优质功放的谐波失真已小于0.01%，而专业级音频功放的谐波失真度一般控制在0.03%以下。事实上，当总谐波失真度小于0.1%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&0.009%(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0.1%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。　　此外，由于电路直流工作点选择不当或元器件质量不高，还会出现另一些非线性失真，诸如交叉失真和削波失真，它们均可以引起谐波失真和互调失真。交叉失真又称为交越失真，它是对推挽功放而言的，主要由乙类推挽功放中的功率管起始导通非线性而引起的，特别是在小电流的情况下，其输出电流在交界处产生非线性失真，且信号幅度越小，失真越严重。削波失真是功放管动态范围不够，由饱和导通引起大信号被限幅削波而造成的，削波失真产生了大量超声波，使声音变得模糊而抖动，听久了使人头痛。减小交叉失真常用的方法，是适当提高推挽输出管的直流工作点;而改善削波失真的措施，一般是适当加大电路的线性工作范围。(神州音响网)
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