目標(biāo)
本次實驗旨在研究簡單跨阻放大器的輸入級配置。
背景信息
跨阻放大器輸出的電壓與輸入電流成比例。跨阻放大器通常被稱為互阻放大器，尤其是半導(dǎo)體制造商喜歡這樣叫。在網(wǎng)絡(luò)分析中，跨阻放大器的一般描述是電流控制的電壓源(CCVS)。
反相跨阻放大器可由傳統(tǒng)運算放大器和單個電阻器構(gòu)成。電阻器連接在運算放大器的輸出和反相輸入之間，同相輸入連接到地。這樣，輸出電壓便與反相輸入節(jié)點處的輸入電流成比例，隨著輸入電流的增加而減小，反之亦然。
本次實驗活動探究一種交替差分輸入結(jié)構(gòu)，它能夠產(chǎn)生固有的低輸入阻抗（電流輸入），而在ADI公司 6月學(xué)子專區(qū)實驗和7月學(xué)子專區(qū)實驗(MOS)中探究的電壓差分對則與此相反，其輸入阻抗相對較高。完整的轉(zhuǎn)換放大器可能需要添加更多增益級和一個輸出驅(qū)動器級。
材料
ADALM2000主動學(xué)習(xí)模塊
無焊面包板
跳線
三個1 kΩ電阻
兩個2.2 kΩ電阻
一個47 kΩ電阻
兩個10μF電容
兩個NPN晶體管（2N3904或SSM2212）
兩個PNP晶體管（2N3906或SSM2220）
說明
與ADALM2000（ADI公司）相連的電路及連接如圖1所示。NPN晶體管Q1和Q2以及PNP晶體管Q3和Q4應(yīng)從VBE匹配最佳的可用器件中選擇。在同一封裝中制造的晶體管，例如SSM2212、SM2220或CA3046，往往比單個器件匹配得更好。探究本電路的工作原理時，示波器輸入1+可以連接到Q1和Q3發(fā)射極的連接點，或連接到Q1或Q3的集電極。位于Q1和Q3的發(fā)射極連接點的電流輸入節(jié)點是標(biāo)稱低阻抗，因此它可以從電流源驅(qū)動。ADALM2000的AWG輸出更像電壓源。因此，1 kΩ電阻RIN用于將AWG1的電壓輸出轉(zhuǎn)換為電流(IIN = VIN/1 kΩ)。
圖1.電流驅(qū)動的跨阻放大器輸入級
圖2.面包板電路上的電流驅(qū)動跨阻放大器輸入級
硬件設(shè)置
第一個波形發(fā)生器W1配置為1 kHz正弦波，峰峰值幅度為800 mV，偏移為0。示波器的通道1應(yīng)連接為顯示第一發(fā)生器的輸出，通道2應(yīng)設(shè)置為顯示輸出信號（每格40 mV）。
程序步驟
配置示波器以捕獲所測量的兩個信號的多個周期。使用LTspice?的波形示例如圖3所示。
圖3.電流驅(qū)動的跨阻放大器輸入級的波形
觀測RL的輸出，其為Q1和Q3的集電極信號交流耦合的和。測量從AWG1輸出到RL的電壓增益，并將其與計算值進行比較。觀測電流輸入節(jié)點（1+，Q1和Q3的發(fā)射極在此連接）處的信號的電壓幅度。基于該幅度計算放大器的輸入電流幅度（RIN兩端的電壓除以RIN）和有效輸入電阻。將這些值與計算值進行比較。
配置電壓驅(qū)動
附加材料
一個470 Ω電阻
說明
現(xiàn)在將輸入重新配置為電壓驅(qū)動。用470 Ω電阻替換RIN，另一端接地，如圖4所示。斷開Q2和Q4的發(fā)射極與地的連接，并斷開其與AWG1輸出的連接。
圖4.帶尾電流源的差分對
硬件設(shè)置
第一個波形發(fā)生器W1配置為1 kHz正弦波，峰峰值幅度為800 mV，偏移為0。示波器的通道1應(yīng)連接為顯示第一發(fā)生器的輸出，通道2應(yīng)設(shè)置為顯示輸出信號（每格80 mV）。
圖5.面包板電路上的電壓驅(qū)動跨阻放大器輸入級
程序步驟
配置示波器以捕獲所測量的兩個信號的多個周期。使用LTspice的波形示例如圖6所示。
圖6.電壓驅(qū)動的跨阻放大器輸入級的波形
觀測RL的輸出，其為Q1和Q3的集電極信號交流耦合的和。測量從AWG1輸出到RL的電壓增益，并將其與計算值進行比較。觀測電流輸入節(jié)點（1+，Q1和Q3的發(fā)射極在此連接）處的信號的電壓幅度。基于該幅度計算放大器的輸入電流幅度（RIN兩端的電壓除以RIN）和有效輸入電阻。將這些值與計算值進行比較。
在該電壓驅(qū)動配置中，為了測量輸入驅(qū)動器(W1)需要提供的電流，應(yīng)插入1 kΩ電阻與AWG1（以及Q2和Q4的發(fā)射器）串聯(lián)。橫跨1 kΩ電阻連接差分通道1示波器輸入1+、1-。當(dāng)AWG1以±400 mV擺幅擺動時，觀測此電壓并計算電流。
問題：
說出定義跨阻放大器的主要特性。
您能否指出采用此類電路的一些應(yīng)用？您可以在學(xué)子專區(qū)論壇上找到答案。
作者簡介
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，他直接或間接貢獻了30多款數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品，并擁有13項專利。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)以名譽研究員身份擔(dān)任ADI顧問，為“主動學(xué)習(xí)計劃”撰稿。2016年，他被任命為RPI ECSE系的駐校工程師。
Antoniu Miclaus現(xiàn)為ADI公司的系統(tǒng)應(yīng)用工程師，從事ADI教學(xué)項目工作，同時為Circuits from the Lab?、QA自動化和流程管理開發(fā)嵌入式軟件。他于2017年2月在羅馬尼亞克盧日-納波卡加盟ADI公司。他目前是貝碧思鮑耶大學(xué)軟件工程碩士項目的理學(xué)碩士生，擁有克盧日-納波卡科技大學(xué)電子與電信工程學(xué)士學(xué)位。
