【導讀】本次實(shí)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(gè)三角波生成一個(gè)近似正弦波。我們知道，差分晶體管對的跨導定義為：

其中，I_O為差分對尾電流，V_IN為差分輸入電壓，V_T為熱電壓，在室溫下大約是26 mV。

材料

●     ADALM2000 主動(dòng)學(xué)習模塊

●     無(wú)焊面包板

●     跳線(xiàn)

●     一個(gè)10 kΩ電阻

●     四個(gè)4.7 kΩ電阻

●     一個(gè)2.2 kΩ電阻

●     兩個(gè)220 Ω電阻

●     一個(gè)390 Ω電阻

●     一個(gè)500 Ω電位計

●     一個(gè)100 pF電容

●     兩個(gè)小信號NPN晶體管（SSM2212 NPN匹配對）

●     一個(gè)運算放大器(OP27)

說(shuō)明

在無(wú)焊面包板上構建圖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。

圖1.差分對三角波變正弦波轉換器

W1設置如下：

●     幅度（峰峰值）= 3.6 V

●     偏移 = 0 V

●     頻率 = 1 kHz

●     三角波

調整500Ω電位計R6，使輸出正弦波形實(shí)現最佳對稱(chēng)性。使用FFT顯示屏并尋找最小偶數階失真，可能是測試輸出正弦波質(zhì)量的好辦法?？赡苄枰{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階諧波。

對于本電路，輸出電壓近似為：

其中RL表示輸出上的4.7 kΩ負載電阻。發(fā)生2分壓的原因是我們僅需要一個(gè)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。正弦和雙曲正切函數的泰勒級數的前幾項分別如式3和式4所示。

圖2.差分對三角波變正弦波轉換器面包板連接

正弦：

雙曲正切：

比較這兩個(gè)泰勒級數表明，二者均有一階線(xiàn)性分量。這意味著(zhù)，如果我們將一個(gè)三角波應用于一個(gè)具有雙曲正切轉換函數的差分對并保持較低幅度（大約2V_T），則輸出應與正弦波幾乎無(wú)區別。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(lái)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工作。

硬件設置

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(gè)信號的多個(gè)周期。使用Scopy的波形示例如圖3所示。

圖3.差分對三角波變正弦波轉換器的Scopy波形

三角波發(fā)生器

為了制作一個(gè)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 電壓頻率轉換器IC是三角波發(fā)生器的基礎。AD654的常規輸出是開(kāi)集數字方波信號。然而，AD654的內部時(shí)序電路使用一個(gè)斜坡發(fā)生器。此內部斜坡波形是在圖4中連接到引腳6和7的外部時(shí)序電容上以差分形式提供。我們無(wú)法在不干擾AD654內部時(shí)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(lái)緩沖該差分信號并將其轉換為單端信號。通過(guò)調整該三角波信號的幅度，我們可以利用它來(lái)驅動(dòng)圖1中的三角波變正弦波轉換器電路。

材料

●     兩個(gè)1 kΩ電阻

●     一個(gè)47 kΩ電阻

●     一個(gè)6.8 kΩ電阻

●     一個(gè)220 Ω電阻

●     一個(gè)5 kΩ電位計

●     一個(gè)0.1 μF電容

●     一個(gè)1 μF電容

●     一個(gè)紅光LED

●     一個(gè)電壓頻率轉換器AD654

●     一個(gè)儀表放大器AD8226

●     一個(gè)小信號NPN晶體管(2N3904)

圖4.電壓轉頻率三角波發(fā)生器

圖5.電壓轉頻率三角波發(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換器的輸入時(shí)，用5 kΩ電位計代替2.2 kΩ固定電阻R1以調整信號幅度，實(shí)現最優(yōu)正弦波形。

硬件設置

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。

在圖6所示的Scopy波形中，R16為168 kΩ。

圖6.電壓轉頻率三角波發(fā)生器Scopy波形 

問(wèn)題：

●     對于圖1中的電路，說(shuō)明R6電位計設置為最小/最大電阻值時(shí)如何影響輸出信號。

您可以在學(xué)子專(zhuān)區博客上找到問(wèn)題答案：ez.analog.com/studentzone。

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