學(xué)子專(zhuān)區—ADALM2000實(shí)驗：跨阻放大器輸入級
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目標
本次實(shí)驗旨在研究簡(jiǎn)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(chēng)為互阻放大器，尤其是半導體制造商喜歡這樣叫。在網(wǎng)絡(luò )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(gè)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(diǎn)處的輸入電流成比例，隨著(zhù)輸入電流的增加而減小，反之亦然。
本次實(shí)驗活動(dòng)探究一種交替差分輸入結構，它能夠產(chǎn)生固有的低輸入阻抗（電流輸入），而在A(yíng)DI公司 6月學(xué)子專(zhuān)區實(shí)驗和 7月學(xué)子專(zhuān)區實(shí)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(gè)輸出驅動(dòng)器級。
材料
■ ADALM2000主動(dòng)學(xué)習模塊
■ 無(wú)焊面包板
■ 跳線(xiàn)
■ 三個(gè)1 kΩ電阻
■ 兩個(gè)2.2 kΩ電阻
■ 一個(gè)47 kΩ電阻
■ 兩個(gè)10μF電容
■ 兩個(gè)NPN晶體管（2N3904或SSM2212）
■ 兩個(gè)PNP晶體管（2N3906或SSM2220）
說(shuō)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(gè)器件匹配得更好。探究本電路的工作原理時(shí)，示波器輸入1+可以連接到Q1和Q3發(fā)射極的連接點(diǎn)，或連接到Q1或Q3的集電極。位于Q1和Q3的發(fā)射極連接點(diǎn)的電流輸入節點(diǎn)是標稱(chēng)低阻抗，因此它可以從電流源驅動(dòng)。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(dòng)的跨阻放大器輸入級
圖2 面包板電路上的電流驅動(dòng)跨阻放大器輸入級
硬件設置
第一個(gè)波形發(fā)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(fā)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(gè)信號的多個(gè)周期。使用LTspice?的波形示例如圖3所示。
圖3 電流驅動(dòng)的跨阻放大器輸入級的波形
觀(guān)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(jìn)行比較。觀(guān)測電流輸入節點(diǎn)（1+，Q1和Q3的發(fā)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(jìn)行比較。
配置電壓驅動(dòng)
附加材料
■ 一個(gè)470 Ω電阻
說(shuō)明
現在將輸入重新配置為電壓驅動(dòng)。用470 Ω電阻替換RIN，另一端接地，如圖4所示。斷開(kāi)Q2和Q4的發(fā)射極與地的連接，并斷開(kāi)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(gè)波形發(fā)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(fā)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(dòng)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(gè)信號的多個(gè)周期。使用LTspice的波形示例如圖6所示。
圖6 電壓驅動(dòng)的跨阻放大器輸入級的波形
觀(guān)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(jìn)行比較。觀(guān)測電流輸入節點(diǎn)（1+，Q1和Q3的發(fā)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(jìn)行比較。
在該電壓驅動(dòng)配置中，為了測量輸入驅動(dòng)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(fā)射器）串聯(lián)。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(dòng)時(shí)，觀(guān)測此電壓并計算電流。
問(wèn)題：
■ 說(shuō)出定義跨阻放大器的主要特性。
■ 您能否指出采用此類(lèi)電路的一些應用？您可以在學(xué)子專(zhuān)區 論壇上找到答案。
作者簡(jiǎn)介
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(lái)，他直接或間接貢獻了30多款數據轉換器產(chǎn)品，并擁有13項專(zhuān)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(yù)研究員身份擔任ADI顧問(wèn)，為“主動(dòng)學(xué)習計劃”撰稿。2016年，他被任命為RPI ECSE系的駐校工程師。聯(lián)系方式：doug.mercer@analog.com。
Antoniu Miclaus現為ADI公司的系統應用工程師，從事ADI教學(xué)項目工作，同時(shí)為Circuits from the Lab?、QA自動(dòng)化和流程管理開(kāi)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。他目前是貝碧思鮑耶大學(xué)軟件工程碩士項目的理學(xué)碩士生，擁有克盧日-納波卡科技大學(xué)電子與電信工程學(xué)士學(xué)位。聯(lián)系方式：antoniu.miclaus@analog.com。
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