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        學子專區—ADALM2000實驗：跨阻放大器輸入級

        2022-02-28 12:28:06 來源：ADI公司顧問研究員 Doug Mercer， ADI公司系統應用工程師 Antoniu Miclaus

        目標

         
        本次實驗旨在研究簡單跨阻放大器的輸入級配置。

         

        背景信息

         
        跨阻放大器輸出的電壓與輸入電流成比例?？缱璺糯笃魍ǔ１环Q為互阻放大器，尤其是半導體制造商喜歡這樣叫。在網絡分析中，跨阻放大器的一般描述是電流控制的電壓源(CCVS)。
         
        反相跨阻放大器可由傳統運算放大器和單個電阻器構成。電阻器連接在運算放大器的輸出和反相輸入之間，同相輸入連接到地。這樣，輸出電壓便與反相輸入節點處的輸入電流成比例，隨著輸入電流的增加而減小，反之亦然。
         
        本次實驗活動探究一種交替差分輸入結構，它能夠產生固有的低輸入阻抗（電流輸入），而在ADI公司 6月學子專區實驗和 7月學子專區實驗(MOS)中探究的電壓差分對則與此相反，其輸入阻抗相對較高。完整的轉換放大器可能需要添加更多增益級和一個輸出驅動器級。

         

        材料

        • ADALM2000 主動學習模塊
        • 無焊面包板
        • 跳線
        • 三個1 kΩ電阻
        • 兩個2.2 kΩ電阻
        • 一個47 kΩ電阻
        • 兩個10μF電容
        • 兩個NPN晶體管（2N3904或SSM2212）
        • 兩個PNP晶體管（2N3906或SSM2220）

         

        說明

         
        與ADALM2000（ADI公司）相連的電路及連接如圖1所示。NPN晶體管Q1和Q2以及PNP晶體管Q3和Q4應從VBE匹配最佳的可用器件中選擇。在同一封裝中制造的晶體管，例如SSM2212、SM2220或CA3046，往往比單個器件匹配得更好。探究本電路的工作原理時，示波器輸入1+可以連接到Q1和Q3發射極的連接點，或連接到Q1或Q3的集電極。位于Q1和Q3的發射極連接點的電流輸入節點是標稱低阻抗，因此它可以從電流源驅動。ADALM2000的AWG輸出更像電壓源。因此，1 kΩ電阻RIN用于將AWG1的電壓輸出轉換為電流(IIN = VIN/1 kΩ)。
         

        圖1.電流驅動的跨阻放大器輸入級
         
         
        圖2.面包板電路上的電流驅動跨阻放大器輸入級
         

        硬件設置

         
        第一個波形發生器W1配置為1 kHz正弦波，峰峰值幅度為800 mV，偏移為0。示波器的通道1應連接為顯示第一發生器的輸出，通道2應設置為顯示輸出信號（每格40 mV）。

         

        程序步驟

         
        配置示波器以捕獲所測量的兩個信號的多個周期。使用LTspice®的波形示例如圖3所示。
         

        圖3.電流驅動的跨阻放大器輸入級的波形
         
        觀測RL的輸出，其為Q1和Q3的集電極信號交流耦合的和。測量從AWG1輸出到RL的電壓增益，并將其與計算值進行比較。觀測電流輸入節點（1+，Q1和Q3的發射極在此連接）處的信號的電壓幅度?；谠摲扔嬎惴糯笃鞯妮斎腚娏鞣龋≧IN兩端的電壓除以RIN）和有效輸入電阻。將這些值與計算值進行比較。

         

        配置電壓驅動

         

        附加材料

        • 一個470 Ω電阻

         

        說明

         
        現在將輸入重新配置為電壓驅動。用470 Ω電阻替換RIN，另一端接地，如圖4所示。斷開Q2和Q4的發射極與地的連接，并斷開其與AWG1輸出的連接。
         

        圖4.帶尾電流源的差分對

         

        硬件設置

         
        第一個波形發生器W1配置為1 kHz正弦波，峰峰值幅度為800 mV，偏移為0。示波器的通道1應連接為顯示第一發生器的輸出，通道2應設置為顯示輸出信號（每格80 mV）。
         

        圖5.面包板電路上的電壓驅動跨阻放大器輸入級


        程序步驟

         
        配置示波器以捕獲所測量的兩個信號的多個周期。使用LTspice的波形示例如圖6所示。
         

        圖6.電壓驅動的跨阻放大器輸入級的波形
         
        觀測RL的輸出，其為Q1和Q3的集電極信號交流耦合的和。測量從AWG1輸出到RL的電壓增益，并將其與計算值進行比較。觀測電流輸入節點（1+，Q1和Q3的發射極在此連接）處的信號的電壓幅度?；谠摲扔嬎惴糯笃鞯妮斎腚娏鞣龋≧IN兩端的電壓除以RIN）和有效輸入電阻。將這些值與計算值進行比較。
         
        在該電壓驅動配置中，為了測量輸入驅動器(W1)需要提供的電流，應插入1 kΩ電阻與AWG1（以及Q2和Q4的發射器）串聯。橫跨1 kΩ電阻連接差分通道1示波器輸入1+、1-。當AWG1以±400 mV擺幅擺動時，觀測此電壓并計算電流。
         

        問題：

        • 說出定義跨阻放大器的主要特性。
        • 您能否指出采用此類電路的一些應用？您可以在學子專區 論壇上找到答案。

         

        作者簡介

         
        Doug Mercer于1977年畢業于倫斯勒理工學院(RPI)，獲電子工程學士學位。自1977年加入ADI公司以來，他直接或間接貢獻了30多款數據轉換器產品，并擁有13項專利。他于1995年被任命為ADI研究員。2009年，他從全職工作轉型，并繼續以名譽研究員身份擔任ADI顧問，為“主動學習計劃”撰稿。2016年，他被任命為RPI ECSE系的駐校工程師。
         
        Antoniu Miclaus現為ADI公司的系統應用工程師，從事ADI教學項目工作，同時為Circuits from the Lab®、QA自動化和流程管理開發嵌入式軟件。他于2017年2月在羅馬尼亞克盧日-納波卡加盟ADI公司。他目前是貝碧思鮑耶大學軟件工程碩士項目的理學碩士生，擁有克盧日-納波卡科技大學電子與電信工程學士學位。
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