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ADALM2000實驗:從三角波生成正弦波

發(fā)布時間:2021-12-01 來源:ADI 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】本次實驗評估的電路利用SSM2212 NPN匹配晶體管對中包含的差分晶體管對的特性,從一個三角波生成一個近似正弦波。我們知道,差分晶體管對的跨導(dǎo)定義為:


1.png


其中,IO為差分對尾電流,VIN為差分輸入電壓,VT為熱電壓,在室溫下大約是26 mV。


材料


●     ADALM2000 主動學(xué)習(xí)模塊

●     無焊面包板

●     跳線

●     一個10 kΩ電阻

●     四個4.7 kΩ電阻

●     一個2.2 kΩ電阻

●     兩個220 Ω電阻

●     一個390 Ω電阻

●     一個500 Ω電位計

●     一個100 pF電容

●     兩個小信號NPN晶體管(SSM2212 NPN匹配對)

●     一個運算放大器(OP27)


說明


在無焊面包板上構(gòu)建圖1所示電路。原理圖中未顯示OP27放大器的+5 V(引腳7)和-5 V(引腳4)電源連接,但要記住連接它們,否則電路將不工作。


2.png

圖1.差分對三角波變正弦波轉(zhuǎn)換器


W1設(shè)置如下:


●     幅度(峰峰值)= 3.6 V

●     偏移 = 0 V

●     頻率 = 1 kHz

●     三角波


調(diào)整500Ω電位計R6,使輸出正弦波形實現(xiàn)最佳對稱性。使用FFT顯示屏并尋找最小偶數(shù)階失真,可能是測試輸出正弦波質(zhì)量的好辦法。可能需要調(diào)整輸入三角波的幅度和直流偏移,看看其能否改善輸出的奇數(shù)階諧波。


對于本電路,輸出電壓近似為:


3.png


其中RL表示輸出上的4.7 kΩ負(fù)載電阻。發(fā)生2分壓的原因是我們僅需要一個單端輸出,而非差分輸出。


所以,輸出電壓將是輸入電壓的雙曲正切函數(shù)。正弦和雙曲正切函數(shù)的泰勒級數(shù)的前幾項分別如式3和式4所示。


4.jpg

圖2.差分對三角波變正弦波轉(zhuǎn)換器面包板連接


正弦:


5.png


雙曲正切:


6.png


比較這兩個泰勒級數(shù)表明,二者均有一階線性分量。這意味著,如果我們將一個三角波應(yīng)用于一個具有雙曲正切轉(zhuǎn)換函數(shù)的差分對并保持較低幅度(大約2VT),則輸出應(yīng)與正弦波幾乎無區(qū)別。差分對輸入端(Q1的基極)的2.2 kΩ和220 Ω電阻的作用是衰減來自AWG的三角波信號,使電路在輸出失真正弦波盡可能低的范圍內(nèi)工作。


硬件設(shè)置


將圖1所示電路連接到面包板。


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Scopy的波形示例如圖3所示。


1637923804752422.jpg

圖3.差分對三角波變正弦波轉(zhuǎn)換器的Scopy波形


三角波發(fā)生器


為了制作一個獨立的正弦波發(fā)生器,我們需要將ADALM2000模塊波形發(fā)生器替換為三角波發(fā)生器。 AD654 電壓頻率轉(zhuǎn)換器IC是三角波發(fā)生器的基礎(chǔ)。AD654的常規(guī)輸出是開集數(shù)字方波信號。然而,AD654的內(nèi)部時序電路使用一個斜坡發(fā)生器。此內(nèi)部斜坡波形是在圖4中連接到引腳6和7的外部時序電容上以差分形式提供。我們無法在不干擾AD654內(nèi)部時序的情況下直接使用此三角波信號。我們可以使用 AD8226 儀表放大器來緩沖該差分信號并將其轉(zhuǎn)換為單端信號。通過調(diào)整該三角波信號的幅度,我們可以利用它來驅(qū)動圖1中的三角波變正弦波轉(zhuǎn)換器電路。


材料


●     兩個1 kΩ電阻

●     一個47 kΩ電阻

●     一個6.8 kΩ電阻

●     一個220 Ω電阻

●     一個5 kΩ電位計

●     一個0.1 μF電容

●     一個1 μF電容

●     一個紅光LED

●     一個電壓頻率轉(zhuǎn)換器AD654

●     一個儀表放大器AD8226

●     一個小信號NPN晶體管(2N3904)


8.png

圖4.電壓轉(zhuǎn)頻率三角波發(fā)生器


9.jpg

圖5.電壓轉(zhuǎn)頻率三角波發(fā)生器面包板連接 


將AD8226的三角波輸出連接到三角波變正弦波轉(zhuǎn)換器的輸入時,用5 kΩ電位計代替2.2 kΩ固定電阻R1以調(diào)整信號幅度,實現(xiàn)最優(yōu)正弦波形。


硬件設(shè)置


將圖4所示電路連接到面包板。


程序步驟


使用ADALM2000,輸出如圖6所示。我們可以調(diào)整儀表放大器的增益電阻(R16),使電路輸出在儀表放大器電源的范圍內(nèi)。


在圖6所示的Scopy波形中,R16為168 kΩ。


1637923631310893.jpg

圖6.電壓轉(zhuǎn)頻率三角波發(fā)生器Scopy波形 


問題:


●     對于圖1中的電路,說明R6電位計設(shè)置為最小/最大電阻值時如何影響輸出信號。


您可以在學(xué)子專區(qū)博客上找到問題答案:ez.analog.com/studentzone。



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