ADALM2000實驗：變壓器耦合放大器

作者：Antoniu Miclaus，系統(tǒng)應用工程師

Doug Mercer，顧問研究員

目標

本次實驗旨在帶您熟悉變壓器耦合放大器的阻抗匹配操作。

背景知識

升降壓變壓器的基本定義是一種將輸入的交流電壓轉(zhuǎn)換為比原電壓更高（升壓）或更低（降壓）的器件。此外還有可用于將電路與地隔離的變壓器，這種變壓器被稱為隔離變壓器。本文將側(cè)重討論變壓器的另一種用途，即用于匹配電路阻抗以實現(xiàn)最大功率傳輸。

請看圖1所示的電路。該電路是變壓器耦合型A類功率放大器，它類似于普通的放大器電路，但與集電極負載中的變壓器相連。

圖1.變壓器耦合型A類功率放大器

在此設置中，R1和R2建立分壓偏置，而發(fā)射極電阻器R3用于穩(wěn)定偏置。發(fā)射極旁路電容C2用于防止發(fā)射極電路內(nèi)發(fā)生負反饋。

僅當放大器輸出阻抗等于負載阻抗RL (R4)時，從功率放大器傳輸?shù)截撦d的功率才是最大的。這符合最大功率傳輸定理。讓放大器的輸出阻抗與輸出器件的阻抗相匹配很有必要，能夠盡可能放大其傳輸?shù)捷敵銎骷墓β?。這可利用具有適當匝數(shù)比的降壓變壓器來實現(xiàn)。

變壓器輸入和輸出電阻之比就等于變壓器匝數(shù)比的平方：

由此得出計算反射阻抗的方程，其中：

• 為降壓變壓器的初級與次級匝數(shù)之比
• RLP為初級中的反射阻

A類功率放大器的效率約為30%；而采用變壓器耦合型A類功率放大器，效率可提高到50%。除了更高效率之外，變壓器耦合型A類功率放大器還有其他優(yōu)點：

• 基極或集電極電阻中無信號功率損失。
• 可實現(xiàn)出色的阻抗匹配。
• 高增益。
• 提供直流隔離。

圖2.變壓器耦合型A類功率放大器

但這種配置并不完美，其缺點如下：

• 相對而言，對低頻信號的放大較弱。
• 變壓器會引入嗡嗡聲。
• 變壓器體積龐大，價格昂貴。
• 頻率響應較差。

材料

• ADALM2000主動學習模塊
• 無焊試驗板和跳線套件
• 一個NPN晶體管(2N3904)
• 一個10 kΩ電阻
• 一個20 kΩ電阻
• 一個100 Ω電阻
• 一個10 μF電容
• 一個1 μF電容
• 一臺HPH1-0190L/1400L六繞組變壓器

硬件設置

構建圖1所示的電路；參考圖2。使用ADALM2000提供的+5 V和-5 V電源。

程序步驟

設置信號發(fā)生器通道1產(chǎn)生500 mV、100 Hz正弦波（0 V偏置）。在示波器上監(jiān)視兩個通道。結(jié)果應與圖3類似。

圖3.變壓器耦合型A類功率放大器的輸入與輸出電壓

問題

在上述實驗中，我們使用了匝數(shù)比為1:1的變壓器。如果嘗試將變壓器的匝數(shù)比改為2:1，會發(fā)生什么？ 您可以在學子專區(qū)論壇上找到問題答案。