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ADALM2000实验:放大器输出级
发布时间:2021-11-26 阅读量:697 来源:ADI 作者:Doug Mercer 和 Antoniu Miclaus

【导读】输出级的作用是提供功率增益。它应该具有高输入阻抗和低输出阻抗。该级的一个显而易见的选择就是发射极跟随器。但是,为了同时提供拉电流和灌电流能力,需要两个互补跟随器:一个NPN型用于拉电流,一个PNP型用于灌电流。结果就是所谓推挽配置,图1显示了一个简单例子。R1和R2用于检测Q1和Q2的集电极电流,以及在输出过载的情况下限制这些电流。


本次实验旨在研究简单推挽放大器的输出级(B类和AB类)。


背景信息


输出级的作用是提供功率增益。它应该具有高输入阻抗和低输出阻抗。该级的一个显而易见的选择就是发射极跟随器。但是,为了同时提供拉电流和灌电流能力,需要两个互补跟随器:一个NPN型用于拉电流,一个PNP型用于灌电流。结果就是所谓推挽配置,图1显示了一个简单例子。R1和R2用于检测Q1和Q2的集电极电流,以及在输出过载的情况下限制这些电流。


材料


●     ADALM2000 主动学习模块

●     无焊面包板

●     跳线

●     两个100 Ω电阻

●     一个2.2 kΩ电阻

●     两个10 kΩ电阻

●     两个小信号NPN晶体管(最好是具有匹配VBE的SSM2212)

●     两个小信号PNP晶体管(最好是具有匹配VBE的SSM2220)


说明


开始之前,请确保关闭ADALM2000上的电源。电路和实验室硬件的连接如图1所示。示波器输入1应连接到Q1和Q2基极的接合处。示波器输入2应连接到Q1和Q2发射极的接合处。


21.png

图1.推挽输出级 


硬件设置


示波器的通道1应连接为显示第一发生器的输出,两个通道(1和2)均应设置为以每格1 V显示输出。面包板连接如图2所示。


程序步骤


波形发生器W1配置为1 kHz正弦波,峰峰值幅度约为6 V,偏移为0。将正电源(Vp)设置为+5 V,将负电源(Vn)设置为-5 V。使用示波器通道1观察W1的输入,使用示波器通道2观察放大器在RL处的输出。图3为Scopy波形图示例。


22.jpg

图2.推挽输出级面包板电路 


1637925655623232.jpg

图3.推挽输出级波形 


接下来施加电源并调整波形发生器,使W1为100 Hz三角波,其偏移为0 V,峰峰值幅度为3 V。在x-y模式下使用示波器观察电路的电压传输曲线。图4为Scopy XY波形图示例。


1637925639836379.jpg

图4.电压传输曲线


减少输出失真


在图1所示的基本推挽级中,过零处的大量失真是死区——此时NPN和PNP发射极跟随器均关闭——造成的结果。如果用两个VBE压降预偏置BJT,则波形在过零处的死区大幅减少,如图5所示。这里,预偏置功能由二极管连接的NPN Q1和PNP Q3提供。电阻R1和R2提供偏置电流,并设置流入输出器件Q2和Q4中的空闲电流。


说明


在电源关闭的情况下,组装图5所示电路,引线应尽可能短且整洁。NPN晶体管Q1和Q2以及PNP晶体管Q3和Q4应从VBE匹配最佳的可用器件中选择。在同一封装中制造的晶体管,例如SSM2212或CA3046,往往比单个器件匹配得更好。


25.png

图5.具有过零失真消除功能的推挽输出级


考察图5中由Q1、Q2、Q3和Q4的基极发射极电压形成的环路,我们知道环路周围的压降之和必须为零。因此,如果Q1与Q2相同,并且Q3与Q4相同,则仅当Q1中的电流与Q2中的电流相同,并且Q3中的电流与Q4中的电流相同时,环路周围的电压才会为零。当输出为0 V——也就是说RL中没有电流,输入也必然为0 V。


硬件设置

示波器的通道1应连接第一路信号发生器的输出,两个通道(1和2)均应设置为以每格1 V显示输出。面包板连接如图6所示。


26.jpg

图6.具有过零失真消除功能的推挽输出级面包板电路


程序步骤


波形发生器W1配置为1 kHz正弦波,峰峰值幅度约为6.0 V,偏移为0。使用示波器通道1观察W1的输入,使用示波器通道2观察放大器在RL处的输出。


1637925605413703.jpg

图7.具有过零失真消除功能的推挽输出级波形


另一种配置


记住由Q1、Q2、Q3和Q4的基极发射极电压形成的环路,我们还知道环路周围压降的顺序可以互换。因此,如果互换NPN Q1和PNP Q3的VBE值,我们将得到图8所示的配置。有些人可能意识到,Q3和Q2的组合就是我们在4月份文章"ADALM2000实验:发射极追随器(BJT)"中讨论的低失调跟随器。电路利用PNP发射极跟随器的VBE向上偏移来部分抵消NPN发射极跟随器的VBE向下偏移。晶体管Q1和Q4分别与Q3和Q2互补。


28.png

图8.发射极跟随器过零失真消除


硬件设置


示波器的通道1应连接第一路信号发生器的输出,两个示波器通道(1和2)均应设置为以每格1 V显示输出。面包板连接如图9所示。


程序步骤


波形发生器W1配置为1 kHz正弦波,峰峰值幅度约为6 V,偏移为0。使用示波器通道1观察W1的输入,使用示波器通道2观察放大器在RL处的输出。


29.jpg

图9.发射极跟随器过零失真消除面包板电路 


1637925575526026.jpg

图10.发射极跟随器过零失真消除波形 


问题:


对于图5中的电路(具有过零失真消除功能的推挽输出级)和图8中的电路(发射极跟随器过零失真消除),仿真并绘制输入/输出传输曲线。这些电路与图1中的电路相比如何?



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