ADALM2000實(shí)驗(yàn):變壓器耦合放大器
目標(biāo)
本次實(shí)驗(yàn)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(shí)
升降壓變壓器的基本定義是一種將輸入的交流電壓轉(zhuǎn)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,這種變壓器被稱為隔離變壓器。本文將側(cè)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(xiàn)最大功率傳輸。
請(qǐng)看圖1所示的電路。該電路是變壓器耦合型A類功率放大器,它類似于普通的放大器電路,但與集電極負(fù)載中的變壓器相連。
圖1 變壓器耦合型A類功率放大器
在此設(shè)置中,R1和R2建立分壓偏置,而發(fā)射極電阻器R3用于穩(wěn)定偏置。發(fā)射極旁路電容C2用于防止發(fā)射極電路內(nèi)發(fā)生負(fù)反饋。
僅當(dāng)放大器輸出阻抗等于負(fù)載阻抗RL (R4)時(shí),從功率放大器傳輸?shù)截?fù)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?shù)捷敵銎骷墓β?。這可利用具有適當(dāng)匝數(shù)比的降壓變壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)。
變壓器輸入和輸出電阻之比就等于變壓器匝數(shù)比的平方:
由此得出計(jì)算反射阻抗的方程,其中:
■ n為降壓變壓器的初級(jí)與次級(jí)匝數(shù)之比
■ RLP為初級(jí)中的反射阻抗
A類功率放大器的效率約為30%;而采用變壓器耦合型A類功率放大器,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(hào)功率損失。
■ 可實(shí)現(xiàn)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類功率放大器
但這種配置并不完美,其缺點(diǎn)如下:
■ 相對(duì)而言,對(duì)低頻信號(hào)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(yīng)較差。
材料
■ ADALM2000主動(dòng)學(xué)習(xí)模塊
■ 無(wú)焊試驗(yàn)板和跳線套件
■ 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(tái)HPH1-0190L/1400L六繞組變壓器
硬件設(shè)置
構(gòu)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(shè)置信號(hào)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(jiān)視兩個(gè)通道。結(jié)果應(yīng)與圖3類似。
圖3 變壓器耦合型A類功率放大器的輸入與輸出電壓
問(wèn)題
在上述實(shí)驗(yàn)中,我們使用了匝數(shù)比為1:1的變壓器。如果嘗試將變壓器的匝數(shù)比改為2:1,會(huì)發(fā)生什么?
您可以在學(xué)子專區(qū)論壇上找到問(wèn)題答案。
作者簡(jiǎn)介
Antoniu Miclaus現(xiàn)為ADI公司的系統(tǒng)應(yīng)用工程師,從事ADI教學(xué)項(xiàng)目工作,同時(shí)為Circuits from the Lab?、QA自動(dòng)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(duì)30多款數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品做出了直接或間接貢獻(xiàn),并擁有13項(xiàng)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(yù)研究員身份擔(dān)任ADI顧問(wèn),為“主動(dòng)學(xué)習(xí)計(jì)劃”撰稿。2016年,他被任命為RPI ECSE系的駐校工程師。
評(píng)論