学子专区—ADALM2000实验:通过之前的模块构建运算放大器

目标

本实验通过组合 之前的学子专区文章 中所探讨的电路模块,对于利用几个分立式器件构建完整的高开环增益放大器将很有帮助。

材料

  • ADALM2000 主动学习模块
  • 无焊面包板
  • 跳线
  • 一个8.2 kΩ电阻(将1.5 kΩ与6.8 kΩ电阻串联可得到近似的等效电阻)
  • 一个47 kΩ电阻
  • 一个100 kΩ电阻
  • 两个470 kΩ电阻
  • 一个10 kΩ电阻
  • 一个1 kΩ电阻
  • 两个22μF电容
  • 一个1 μF电容
  • 一个47 nF电容
  • 一个小信号PNP晶体管(2N3906)
  • 三个小信号NPN晶体管(2N3904和SSM2212)

描述

在无焊面包板上构建图1所示的放大器电路。

图1.高增益放大器。

硬件设置

如图1中的蓝色方框所示,将电路连接至ADALM2000 I/O连接器。对于未使用的示波器负输入,在不使用时最好将其接地。对Q1和Q2晶体管应使用SSM2212 NPN匹配对。

程序步骤

配置波形发生器,以生成1 kHz正弦波,峰峰值幅度为400 mV,偏移为0。使用示波器通道1观察W1处的输入,使用示波器通道2观察RL处的放大器输出,记录输入-输出幅度和相位关系。

配置示波器,以捕获多个周期的输入和输出信号,以500 mV/division的比例缩放通道。

示波器图示例如图3所示。

图2.高增益放大器面包板电路。
图3.高增益放大器波形。

单位增益放大器

通过组合之前的文章中所探讨的电路模块,我们可以构建完整的单位增益缓冲放大器。为差分级增加电流镜负载是对这款简单放大器的重要改进。

材料

  • ADALM2000 主动学习模块
  • 无焊面包板
  • 跳线
  • 一个15 kΩ电阻(可以用10 kΩ电阻与4.7 kΩ电阻串联代替)
  • 两个小信号PNP晶体管(可以使用2N3906或SSM2220 PNP匹配对)
  • 六个小信号NPN晶体管(2N3904,对Q1和Q2使用SSM2212 NPN匹配对;如果没有足够多的2N3904器件,可以用TIP31C代替Q5)

说明

在无焊面包板上构建图4所示电路。如蓝色方框所示,将电路连接至ADALM2000 I/O连接器。对于未使用的示波器负输入,在不使用时最好将其接地。

图4.单位增益放大器。

硬件设置

电路的面包板连接如图5所示。

图5.电压转频率三角波发生器面包板连接

程序步骤

配置AWG1,以生成1 kHz正弦波,峰峰值幅度为2 V,偏移为0。使用示波器通道1观察W1处的输入,使用示波器通道2观察放大器输出,记录输入-输出幅度和相位关系。

配置示波器,以捕获多个周期的输入和输出信号,以1 V/division的比例缩放通道。

示波器图示例如图6所示。

图6.具有单位增益波形的放大器。

问题:

  • 对于图1所示的电路,从输入源W1到RL输出的增益是多少?由哪些组件设置此增益?
  • 更改补偿电容C3的值。提高和降低C3的值会如何影响频率响应?

您可以在 学子专区 博客上找到问题答案。

附录:PCB板上的更高级版本

本次实验使用的PCB板设计文件和其他相关扩展文件可在ADI GitHub教育工具库下的 实验板设计文件 中找到。图7显示PCB原理图,图8显示该板的照片。

图7.运算放大器PCB原理图。
图8.运算放大器PC板。

该PCB使用标准的8引脚DIP单通道运算放大器封装,可插入无焊面包板中。

作者

Doug Mercer

Doug Mercer

Doug Mercer 在1977至2009年间一直在ADI公司从事全职工作,最后14年担任ADI公司研究员。ADI公司高速转换器产品系列的30多款标准产品都有他的贡献,AD783就是其中一款。自2009年起,他转而担任ADI公司的兼职顾问研究员,最近主要是作为ADI公司与伦斯勒理工学院的联络人,从事本科生电气工程教育推广和发展方面的工作。

Antoniu Miclaus

Antoniu Miclaus

Antoniu Miclaus现为ADI公司的系统应用工程师,从事ADI教学项目工作,同时为Circuits from the Lab®、QA自动化和流程管理开发嵌入式软件。他于2017年2月在罗马尼亚克卢日-纳波卡加盟ADI公司。他目前是贝碧思鲍耶大学软件工程硕士项目的理学硕士生,拥有克卢日-纳波卡科技大学电子与电信工程学士学位。