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ADALM2000实验:跨阻放大器输入级

发布时间:2021-11-30 来源:Doug Mercer 和 Antoniu Miclaus 责任编辑:wenwei

【导读】跨阻放大器输出的电压与输入电流成比例。跨阻放大器通常被称为互阻放大器,尤其是半导体制造商喜欢这样叫。在网络分析中,跨阻放大器的一般描述是电流控制的电压源(CCVS)。


目标


本次实验旨在研究简单跨阻放大器的输入级配置。


背景信息


跨阻放大器输出的电压与输入电流成比例。跨阻放大器通常被称为互阻放大器,尤其是半导体制造商喜欢这样叫。在网络分析中,跨阻放大器的一般描述是电流控制的电压源(CCVS)。


反相跨阻放大器可由传统运算放大器和单个电阻器构成。电阻器连接在运算放大器的输出和反相输入之间,同相输入连接到地。这样,输出电压便与反相输入节点处的输入电流成比例,随着输入电流的增加而减小,反之亦然。


本次实验活动探究一种交替差分输入结构,它能够产生固有的低输入阻抗(电流输入),而 6月学子专区实验 和 7月学子专区实验(MOS)中探究的电压差分对则与此相反,其输入阻抗相对较高。完整的转换放大器可能需要添加更多增益级和一个输出驱动器级。


材料


●     ADALM2000 主动学习模块

●     无焊面包板

●     跳线

●     三个1 kΩ电阻

●     两个2.2 kΩ电阻

●     一个47 kΩ电阻

●     两个10μF电容

●     两个NPN晶体管(2N3904或SSM2212)

●     两个PNP晶体管(2N3906或SSM2220)


说明


与ADALM2000相连的电路及连接如图1所示。NPN晶体管Q1和Q2以及PNP晶体管Q3和Q4应从VBE匹配最佳的可用器件中选择。在同一封装中制造的晶体管,例如SSM2212、SM2220或CA3046,往往比单个器件匹配得更好。探究本电路的工作原理时,示波器输入1+可以连接到Q1和Q3发射极的连接点,或连接到Q1或Q3的集电极。位于Q1和Q3的发射极连接点的电流输入节点是标称低阻抗,因此它可以从电流源驱动。ADALM2000的AWG输出更像电压源。因此,1 kΩ电阻RIN用于将AWG1的电压输出转换为电流(IIN = VIN/1 kΩ)。


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图1.电流驱动的跨阻放大器输入级 


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图2.面包板电路上的电流驱动跨阻放大器输入级 


硬件设置


第一个波形发生器W1配置为1 kHz正弦波,峰峰值幅度为800 mV,偏移为0。示波器的通道1应连接为显示第一发生器的输出,通道2应设置为显示输出信号(每格40 mV)。


程序步骤


配置示波器以捕获所测量的两个信号的多个周期。使用LTspice®的波形示例如图3所示。


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图3.电流驱动的跨阻放大器输入级的波形


观测RL的输出,其为Q1和Q3的集电极信号交流耦合的和。测量从AWG1输出到RL的电压增益,并将其与计算值进行比较。观测电流输入节点(1+,Q1和Q3的发射极在此连接)处的信号的电压幅度。基于该幅度计算放大器的输入电流幅度(RIN两端的电压除以RIN)和有效输入电阻。将这些值与计算值进行比较。


配置电压驱动


附加材料


●     一个470 Ω电阻


说明


现在将输入重新配置为电压驱动。用470 Ω电阻替换RIN,另一端接地,如图4所示。断开Q2和Q4的发射极与地的连接,并断开其与AWG1输出的连接。


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图4.带尾电流源的差分对


硬件设置


第一个波形发生器W1配置为1 kHz正弦波,峰峰值幅度为800 mV,偏移为0。示波器的通道1应连接为显示第一发生器的输出,通道2应设置为显示输出信号(每格80 mV)。


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图5.面包板电路上的电压驱动跨阻放大器输入级 


程序步骤


配置示波器以捕获所测量的两个信号的多个周期。使用LTspice的波形示例如图6所示。


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图6.电压驱动的跨阻放大器输入级的波形


观测RL的输出,其为Q1和Q3的集电极信号交流耦合的和。测量从AWG1输出到RL的电压增益,并将其与计算值进行比较。观测电流输入节点(1+,Q1和Q3的发射极在此连接)处的信号的电压幅度。基于该幅度计算放大器的输入电流幅度(RIN两端的电压除以RIN)和有效输入电阻。将这些值与计算值进行比较。


在该电压驱动配置中,为了测量输入驱动器(W1)需要提供的电流,应插入1 kΩ电阻与AWG1(以及Q2和Q4的发射器)串联。横跨1 kΩ电阻连接差分通道1示波器输入1+、1-。当AWG1以±400 mV摆幅摆动时,观测此电压并计算电流。


问题:


说出定义跨阻放大器的主要特性。


您能否指出采用此类电路的一些应用?您可以在 学子专区 论坛上找到答案。



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