ADALM2000實驗：調(diào)諧放大器級—第2部分

目標

本實驗活動的目標是延續(xù)“ADALM2000實驗：調(diào)諧放大器級”中開始的調(diào)諧放大器級研究。

圖1 并聯(lián)LC諧振電路

背景知識

正如我們在上一組實驗中了解到的，二階LC諧振電路通常用作放大器級中的調(diào)諧元件。如圖1所示，簡單的并聯(lián)LC諧振電路可以產(chǎn)生電壓增益，但需要消耗電流來驅(qū)動阻性負載。緩沖放大器（如射極跟隨器）可以提供所需的電流（或功率）增益來驅(qū)動負載。

諧振頻率的計算必須考慮第二個耦合電容C2。公式1給出了圖1中電路的諧振頻率：

實驗前仿真

構(gòu)建調(diào)諧射極跟隨放大器的仿真原理圖如圖1所示。計算發(fā)射極電阻RL的值，使得NPN晶體管Q1中的電流約為5 mA。假設電路由±5 V電源（總共10 V）供電。提示：Q1基極的直流電壓由經(jīng)過L1到地的直流路徑設置。計算C1和C2的值，確保當L1設置為100 μH時，諧振頻率接近350 kHz。一般來說，C1和C2的值相等。在輸入端口執(zhí)行小信號交流掃描，并繪制在輸出處看到的幅度和相位曲線。保存這些結(jié)果，將它們與實際電路的測量結(jié)果進行比較并將比較結(jié)果隨附在實驗報告中。

圖2 射極跟隨調(diào)諧放大器

材料

●   ADALM2000主動學習模塊

■   無焊試驗板和跳線套件

■   一個2N3904 NPN晶體管

■   一個100 μH電感器（各種具有其他值的電感器）

■   兩個1.0 nF電容（標記為102）

■   兩個1 kΩ電阻

■   一個2.2 kΩ電阻

■   所需的其他電阻和電容

圖3 射極跟隨調(diào)諧放大器試驗板電路

說明

在無焊試驗板上構(gòu)建圖2所示的電路。L1使用100 μH電感，C1和C2使用1 nF電容。此調(diào)諧放大器在諧振頻率時的峰值增益可能非常高。我們需要使用電阻分壓器R_S和R1稍微衰減AWG1的輸出信號。

綠色區(qū)域表示連接ADALM2000模塊AWG、示波器通道和電源的位置。確保在反復檢查接線之后，再打開電源。

圖4 射極跟隨器調(diào)諧放大器曲線

硬件設置

打開電源控制窗口，打開再關(guān)閉+5V和-5V電源。在主Scopy窗口打開網(wǎng)絡分析儀軟件工具。配置掃描范圍，起始頻率為10 kHz，停止頻率為10 MHz。將幅度設置為200 mV，偏置設置為0 V。使用波特圖顯示，將可顯示的最大幅度設置為40 dB，最小幅度設置為-40 dB。將最大相位設置為180°，最小相位設置為–180°。在示波器通道下，點擊“使用通道1”，將其作為參考通道。將步數(shù)設為500。

圖5 正交輸出放大器

程序步驟

重新打開電源，并運行單次頻率掃描。您應該會看到，幅度和相位與頻率的關(guān)系曲線和仿真結(jié)果相似。一旦確定放大器的最大增益出現(xiàn)在350 kHz附近，就可以縮小頻率掃描范圍，使其從100 kHz開始，到1 MHz停止。

說明

修改無焊試驗板上的電路，添加第二個射極跟隨級Q2，如圖5所示。對電路進行任何更改之前，務必關(guān)閉電源并停止AWG。

為使增益降低至1，R1的確切值可能與圖中建議的470 Ω有所不同。您可以嘗試不同的值來獲得適當?shù)脑鲆媪?，以匹配Q2發(fā)射極處看到的幅度。

正交輸出調(diào)諧放大器

如果添加第二個常規(guī)射極跟隨級作為非調(diào)諧并聯(lián)路徑，我們將得到一個具有兩個輸出的放大器；在諧振頻率時，兩個輸出之間將具有恰好90°的相位差。通過在諧振電路L1、C1上并聯(lián)一個電阻，我們可以將諧振頻率時的增益降低至1 (0 dB)，這樣從輸入到Q1發(fā)射極的增益將與常規(guī)射極跟隨器級Q2的非調(diào)諧單位增益相同。

附加材料

■   一個2N3904 NPN晶體管

■   兩個470 Ω電阻

■   一個1 kΩ電阻

藍色區(qū)域表示連接ADALM2000模塊AWG、示波器通道和電源的位置。確保在反復檢查接線之后，再打開電源。

硬件設置

構(gòu)建圖6所示的試驗板電路。

圖6 交輸出放大器試驗板電路

程序步驟

由于我們通過添加R1降低了增益，因此將網(wǎng)絡分析儀中的AWG幅度設置為2 V。重新打開電源，并運行單次頻率掃描。您應該會看到，幅度和相位與頻率的關(guān)系曲線和仿真結(jié)果非常相似。

圖7 交輸出放大器曲線

使用示波器和函數(shù)發(fā)生器軟件儀器（在時域中），將AWG頻率設置為諧振頻率，幅度設置為2 V。觀察兩個輸出的相對幅度和相位。

問題

能否說出射極跟隨器調(diào)諧放大器電路和正交輸出放大器電路的幾種應用？

您可以在學子專區(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(fā)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。他目前擁有貝碧思鮑耶大學軟件工程碩士學位，并擁有克盧日-納波卡科技大學電子與電信工程學士學位。

Doug Mercer于1977年畢業(yè)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(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器產(chǎn)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(zhuǎn)型，并繼續(xù)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。