ADALM2000實(shí)驗：變壓器耦合放大器
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目標
本次實(shí)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(chēng)為隔離變壓器。本文將側重討論變壓器的另一種用途，即用于匹配電路阻抗以實(shí)現最大功率傳輸。
請看圖1所示的電路。該電路是變壓器耦合型A類(lèi)功率放大器，它類(lèi)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(lèi)功率放大器
在此設置中，R1和R2建立分壓偏置，而發(fā)射極電阻器R3用于穩定偏置。發(fā)射極旁路電容C2用于防止發(fā)射極電路內發(fā)生負反饋。
僅當放大器輸出阻抗等于負載阻抗RL (R4)時(shí)，從功率放大器傳輸到負載的功率才是最大的。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到輸出器件的功率。這可利用具有適當匝數比的降壓變壓器來(lái)實(shí)現。
變壓器輸入和輸出電阻之比就等于變壓器匝數比的平方：
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之比
■ RLP為初級中的反射阻抗
A類(lèi)功率放大器的效率約為30%；而采用變壓器耦合型A類(lèi)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(lèi)功率放大器還有其他優(yōu)點(diǎn)：
■ 基極或集電極電阻中無(wú)信號功率損失。
■ 可實(shí)現出色的阻抗匹配。
■ 高增益。
■ 提供直流隔離。
圖2 變壓器耦合型A類(lèi)功率放大器
但這種配置并不完美，其缺點(diǎn)如下：
■ 相對而言，對低頻信號的放大較弱。
■ 變壓器會(huì )引入嗡嗡聲。
■ 變壓器體積龐大，價(jià)格昂貴。
■ 頻率響應較差。
材料
■ ADALM2000主動(dòng)學(xué)習模塊
■ 無(wú)焊試驗板和跳線(xiàn)套件
■ 一個(gè)NPN晶體管(2N3904)
■ 一個(gè)10 kΩ電阻
■ 一個(gè)20 kΩ電阻
■ 一個(gè)100 Ω電阻
■ 一個(gè)10μF電容
■ 一個(gè)1μF電容
■ 一臺HPH1-0190L/1400L六繞組變壓器
硬件設置
構建圖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）。在示波器上監視兩個(gè)通道。結果應與圖3類(lèi)似。
圖3 變壓器耦合型A類(lèi)功率放大器的輸入與輸出電壓
問(wèn)題
在上述實(shí)驗中，我們使用了匝數比為1:1的變壓器。如果嘗試將變壓器的匝數比改為2:1，會(huì )發(fā)生什么？
您可以在學(xué)子專(zhuān)區論壇上找到問(wèn)題答案。
作者簡(jiǎn)介
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(lái)，他對30多款數據轉換器產(chǎn)品做出了直接或間接貢獻，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。
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