學子專區(qū)—ADALM2000實驗：調(diào)諧放大器級—第2部分

時間：2024-12-11 17:40:22

關鍵字：二階LC諧振電路緩沖放大器示波器

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[導讀]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）增益來驅動負載。

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。

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）增益來驅動負載。

圖1.并聯(lián)LC諧振電路。

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。保存這些結果，將它們與實際電路的測量結果進行比較并將比較結果隨附在實驗報告中。

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

說明

在無焊試驗板上構建圖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RS和R1稍微衰減AWG1的輸出信號。

圖2.射極跟隨調(diào)諧放大器。

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。

硬件設置

打開電源控制窗口，打開再關閉+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。

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系曲線和仿真結果相似。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。

圖3.射極跟隨調(diào)諧放大器試驗板電路。

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)脑鲆媪浚云ヅ銺2發(fā)射極處看到的幅度。

圖4.射極跟隨器調(diào)諧放大器曲線。

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