作者：ADI公司顧問研究員Doug Mercer， ADI公司系統(tǒng)應(yīng)用工程師Antoniu Miclaus

目標

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月學子專區(qū)實驗和 7月學子專區(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 主動學習模塊

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R_IN用于將AWG1的電壓輸出轉(zhuǎn)換為電流(I_IN= V_IN/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R_L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R_L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（R_IN兩端的電壓除以R_IN）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R_IN，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R_L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R_L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（R_IN兩端的電壓除以R_IN）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)于倫斯勒理工學院(RPI)，獲電子工程學士學位。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任ADI顧問，為“主動學習計劃”撰稿。2016年，他被任命為RPI ECSE系的駐校工程師。聯(lián)系方式：doug.mercer@analog.com。

Antoniu Miclaus現(xiàn)為ADI公司的系統(tǒng)應(yīng)用工程師，從事ADI教學項目工作，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軟件工程碩士項目的理學碩士生，擁有克盧日-納波卡科技大學電子與電信工程學士學位。聯(lián)系方式：antoniu.miclaus@analog.com。

關(guān)鍵詞： 輸入電流 電流輸入 被任命為 輸出信號 反相輸入