ADALM2000實驗：透過先前的模組建構運算放大器

作者：ADI顧問研究員Doug Mercer及系統應用工程師 Antoniu Miclaus


目標

本實驗透過組合 先前的學子專區文章中所探討的電路模組，對於利用幾個分立式元件建構完整的高開迴路增益放大器將很有幫助。

材料

  • ADALM2000 主動學習模組
  • 無焊麵包板
  • 跳接線
  • 一個8.2 kΩ電阻（將1.5 kΩ與6.8 kΩ電阻串聯可得到近似的等效電阻）
  • 一個47 kΩ電阻
  • 一個100 kΩ電阻
  • 兩個470 kΩ電阻
  • 一個10 kΩ電阻
  • 一個1 kΩ電阻
  • 兩個22μF電容
  • 一個1 μF電容
  • 一個47 nF電容
  • 一個小訊號PNP電晶體(2N3906)
  • 三個小訊號NPN電晶體（2N3904和SSM2212）

描述

在無焊麵包板上建構圖1所示的放大器電路。

Figure 1. A high gain amplifier.
圖1.高增益放大器。

硬體設定

如圖1中的藍色方框所示，將電路連接至ADALM2000 I/O連接器。對於未使用的示波器負輸入，在不使用時最好將其接地。對Q1和Q2電晶體應使用SSM2212 NPN匹配對。

編程步驟

配置波形產生器，以產生1 kHz正弦波，峰對峰值幅度為400 mV，偏移為0。使用示波器通道1觀察W1處的輸入，使用示波器通道2觀察RL處的放大器輸出，記錄輸入-輸出幅度和相位關係。

配置示波器，以擷取多個週期的輸入和輸出訊號，以500 mV/division的比例縮放通道。

示波器圖示例如圖3所示。

Figure 2. A high gain amplifier breadboard circuit.
圖2.高增益放大器麵包板電路。
Figure 3. High gain amplifier waveforms.
圖3.高增益放大器波形。

單位增益放大器

透過組合之前的文章中所探討的電路模組可建構完整的單位增益緩衝放大器。為差分級增加電流鏡負載是對這款簡單放大器的重要改進。

材料

  • ADALM2000 主動學習模組
  • 無焊麵包板
  • 跳接線
  • 一個15 kΩ電阻（可以用10 kΩ電阻與4.7 kΩ電阻串聯代替）
  • 兩個小訊號PNP電晶體（可以使用2N3906或SSM2220 PNP匹配對）
  • 六個小訊號NPN電晶體（2N3904，對Q1和Q2使用SSM2212 NPN匹配對；如果沒有足夠多的2N3904元件，可以用TIP31C代替Q5）

說明

在無焊麵包板上建構圖4所示電路。如藍色方框所示，將電路連接至ADALM2000 I/O連接器。對於未使用的示波器負輸入，在不使用時最好將其接地。

Figure 4. An amplifier with unity gain.
圖4.單位增益放大器。

硬體設定

電路的麵包板連接如圖5所示。

Figure 5. Voltage-to-frequency triangle wave generator breadboard connections.
圖5.電壓轉頻率三角波產生器麵包板連接

程式步驟

配置AWG1，以產生1 kHz正弦波，峰對峰值幅度為2 V，偏移為0。使用示波器通道1觀察W1處的輸入，使用示波器通道2觀察放大器輸出，記錄輸入-輸出幅度和相位關係。

配置示波器，以擷取多個週期的輸入和輸出訊號，以1 V/division的比例縮放通道。

示波器圖示例如圖6所示。

Figure 6. An amplifier with unity-gain waveforms.
圖6.具有單位增益波形的放大器。

問題：

  • 對於圖1所示的電路，從輸入源W1到RL輸出的增益是多少？由哪些組件設定此增益？
  • 更改補償電容C3的值。提高和降低C3的值會如何影響頻率回應？

您可以在 學子專區 部落格上找到這個問題的答案。

附錄：PCB板上的更進階版本

本次實驗使用的PCB板設計檔和其他相關擴展檔可在ADI GitHub教育工具庫下的 實驗板設計檔中搜尋。圖7顯示PCB原理圖，圖8顯示該板的照片。

Figure 7. An operational amplifier PCB schematic.
圖7.運算放大器PCB原理圖。
Figure 8. Operational amplifier PC board.
圖8.運算放大器PC板。

該PCB使用標準的8接腳DIP單通道運算放大器封裝，可插入無焊麵包板中。