ADALM2000实验：跨阻放大器输入级

跨阻放大器输出的电压与输入电流成比例。跨阻放大器通常被称为互阻放大器，尤其是半导体制造商喜欢这样叫。在网络分析中，跨阻放大器的一般描述是电流控制的电压源(CCVS)。

反相跨阻放大器可由传统运算放大器和单个电阻器构成。电阻器连接在运算放大器的输出和反相输入之间，同相输入连接到地。这样，输出电压便与反相输入节点处的输入电流成比例，随着输入电流的增加而减小，反之亦然。

本次实验活动探究一种交替差分输入结构，它能够产生固有的低输入阻抗（电流输入），而在ADI公司6月学子专区实验和7月学子专区实验(MOS)中探究的电压差分对则与此相反，其输入阻抗相对较高。完整的转换放大器可能需要添加更多增益级和一个输出驱动器级。

材料

ADALM2000主动学习模块

无焊面包板

跳线

三个1kΩ电阻

两个2.2kΩ电阻

一个47kΩ电阻

两个10μF电容

两个NPN晶体管（2N3904或SSM2212）

两个PNP晶体管（2N3906或SSM2220）

说明

与ADALM2000（ADI公司）相连的电路及连接如图1所示。NPN晶体管Q1和Q2以及PNP晶体管Q3和Q4应从VBE匹配最佳的可用器件中选择。在同一封装中制造的晶体管，例如SSM2212、SM2220或CA3046，往往比单个器件匹配得更好。探究本电路的工作原理时，示波器输入1+可以连接到Q1和Q3发射极的连接点，或连接到Q1或Q3的集电极。位于Q1和Q3的发射极连接点的电流输入节点是标称低阻抗，因此它可以从电流源驱动。ADALM2000的AWG输出更像电压源。因此，1kΩ电阻RIN用于将AWG1的电压输出转换为电流(IIN=VIN/1kΩ)。

图1.电流驱动的跨阻放大器输入级

图2.面包板电路上的电流驱动跨阻放大器输入级

硬件设置

第一个波形发生器W1配置为1kHz正弦波，峰峰值幅度为800mV，偏移为0。示波器的通道1应连接为显示第一发生器的输出，通道2应设置为显示输出信号（每格40mV）。

程序步骤

配置示波器以捕获所测量的两个信号的多个周期。使用LTspice®的波形示例如图3所示。

图3.电流驱动的跨阻放大器输入级的波形

观测RL的输出，其为Q1和Q3的集电极信号交流耦合的和。测量从AWG1输出到RL的电压增益，并将其与计算值进行比较。观测电流输入节点（1+，Q1和Q3的发射极在此连接）处的信号的电压幅度。基于该幅度计算放大器的输入电流幅度（RIN两端的电压除以RIN）和有效输入电阻。将这些值与计算值进行比较。

配置电压驱动

附加材料

一个470Ω电阻

说明

现在将输入重新配置为电压驱动。用470Ω电阻替换RIN，另一端接地，如图4所示。断开Q2和Q4的发射极与地的连接，并断开其与AWG1输出的连接。

图4.带尾电流源的差分对

硬件设置

第一个波形发生器W1配置为1kHz正弦波，峰峰值幅度为800mV，偏移为0。示波器的通道1应连接为显示第一发生器的输出，通道2应设置为显示输出信号（每格80mV）。

图5.面包板电路上的电压驱动跨阻放大器输入级

程序步骤

配置示波器以捕获所测量的两个信号的多个周期。使用LTspice的波形示例如图6所示。

图6.电压驱动的跨阻放大器输入级的波形

观测RL的输出，其为Q1和Q3的集电极信号交流耦合的和。测量从AWG1输出到RL的电压增益，并将其与计算值进行比较。观测电流输入节点（1+，Q1和Q3的发射极在此连接）处的信号的电压幅度。基于该幅度计算放大器的输入电流幅度（RIN两端的电压除以RIN）和有效输入电阻。将这些值与计算值进行比较。

在该电压驱动配置中，为了测量输入驱动器(W1)需要提供的电流，应插入1kΩ电阻与AWG1（以及Q2和Q4的发射器）串联。横跨1kΩ电阻连接差分通道1示波器输入1+、1-。当AWG1以±400mV摆幅摆动时，观测此电压并计算电流。

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