ADALM2000實驗：變壓器耦合放大器

目標(biāo)

本次實驗旨在帶您熟悉變壓器耦合放大器的阻抗匹配操作。

背景知識

升降壓變壓器的基本定義是一種將輸入的交流電壓轉(zhuǎn)換為比原電壓更高（升壓）或更低（降壓）的器件。此外還有可用于將電路與地隔離的變壓器，這種變壓器被稱為隔離變壓器。本文將側(cè)重討論變壓器的另一種用途，即用于匹配電路阻抗以實現(xiàn)最大功率傳輸。

請看圖1所示的電路。該電路是變壓器耦合型A類功率放大器，它類似于普通的放大器電路，但與集電極負載中的變壓器相連。

圖1 變壓器耦合型A類功率放大器

在此設(shè)置中，R1和R2建立分壓偏置，而發(fā)射極電阻器R3用于穩(wěn)定偏置。發(fā)射極旁路電容C2用于防止發(fā)射極電路內(nèi)發(fā)生負反饋。

僅當(dāng)放大器輸出阻抗等于負載阻抗R_L (R4)時，從功率放大器傳輸?shù)截撦d的功率才是最大的。這符合最大功率傳輸定理。讓放大器的輸出阻抗與輸出器件的阻抗相匹配很有必要，能夠盡可能放大其傳輸?shù)捷敵銎骷墓β?。這可利用具有適當(dāng)匝數(shù)比的降壓變壓器來實現(xiàn)。

變壓器輸入和輸出電阻之比就等于變壓器匝數(shù)比的平方：

由此得出計算反射阻抗的方程，其中：

■   n為降壓變壓器的初級與次級匝數(shù)之比

■   R_LP為初級中的反射阻抗

A類功率放大器的效率約為30%；而采用變壓器耦合型A類功率放大器，效率可提高到50%。除了更高效率之外，變壓器耦合型A類功率放大器還有其他優(yōu)點：

■   基極或集電極電阻中無信號功率損失。

■   可實現(xiàn)出色的阻抗匹配。

■   高增益。

■   提供直流隔離。

圖2 變壓器耦合型A類功率放大器

但這種配置并不完美，其缺點如下：

■  相對而言，對低頻信號的放大較弱。

■   變壓器會引入嗡嗡聲。

■   變壓器體積龐大，價格昂貴。

■   頻率響應(yīng)較差。

材料

■   ADALM2000主動學(xué)習(xí)模塊

■   無焊試驗板和跳線套件

■   一個NPN晶體管(2N3904)

■   一個10 kΩ電阻

■   一個20 kΩ電阻

■   一個100 Ω電阻

■   一個10μF電容

■   一個1μF電容

■   一臺HPH1-0190L/1400L六繞組變壓器

硬件設(shè)置

構(gòu)建圖1所示的電路；參考圖2。使用ADALM2000提供的+5 V和-5 V電源。

程序步驟

設(shè)置信號發(fā)生器通道1產(chǎn)生500 mV、100 Hz正弦波（0 V偏置）。在示波器上監(jiān)視兩個通道。結(jié)果應(yīng)與圖3類似。

圖3 變壓器耦合型A類功率放大器的輸入與輸出電壓

問題

在上述實驗中，我們使用了匝數(shù)比為1:1的變壓器。如果嘗試將變壓器的匝數(shù)比改為2:1，會發(fā)生什么？

您可以在學(xué)子專區(qū)論壇上找到問題答案。

作者簡介

Antoniu Miclaus現(xiàn)為ADI公司的系統(tǒng)應(yīng)用工程師，從事ADI教學(xué)項目工作，同時為Circuits from the Lab^?、QA自動化和流程管理開發(fā)嵌入式軟件。他于2017年2月在羅馬尼亞克盧日-納波卡加入的ADI公司，目前擁有貝碧思鮑耶大學(xué)軟件工程碩士學(xué)位，以及克盧日-納波卡科技大學(xué)電子與電信工程學(xué)士學(xué)位。

Doug Mercer于1977年畢業(yè)于倫斯勒理工學(xué)院(RPI)，獲電子工程學(xué)士學(xué)位。自1977年加入ADI公司以來，他對30多款數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品做出了直接或間接貢獻，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(zhuǎn)型，并繼續(xù)以名譽研究員身份擔(dān)任ADI顧問，為“主動學(xué)習(xí)計劃”撰稿。2016年，他被任命為RPI ECSE系的駐校工程師。