學子專區—ADALM2000實驗：放大器輸出級
前言：
作者：ADI 顧問研究員Doug Mercer及系統應用工程師Antoniu Miclaus
目標
本次實驗目的在研究簡單推挽放大器的輸出級（B類和AB類）。
背景資訊
輸出級的作用是提供功率增益。它應該具有高輸入阻抗和低輸出阻抗。該級一個顯而易見的選擇就是發射極追隨器。但是，為了同時提供拉電流和灌電流能力，需要兩個互補追隨器：一個NPN型用於拉電流，一個PNP型用於灌電流。結果就是所謂推挽配置，圖1顯示了一個簡單的例子。R1和R2用於感測Q1和Q2的集電極電流，以及在輸出超載的情況下限制這些電流。
材料
• ADALM2000 主動學習模組
• 無焊麵包板
• 跳接線
• 兩個100 Ω電阻
• 一個2.2 kΩ電阻
• 兩個10 kΩ電阻
• 兩個小訊號NPN電晶體（最好是具有匹配VBE的SSM2212）
• 兩個小訊號PNP電晶體（最好是具有匹配VBE的SSM2220）
說明
開始之前，請確保關閉ADALM2000上的電源。電路和實驗室硬體的連接如圖1所示。示波器輸入1應連接到Q1和Q2基極的接合處。示波器輸入2應連接到Q1和Q2發射極的接合處。
圖1.推挽輸出級
硬體設定
示波器的通道1應連接為顯示第一產生器的輸出，兩個通道（1和2）均應設定為以每格1 V顯示輸出。麵包板連接如圖2所示。
程式步驟
波形產生器W1配置為1 kHz正弦波，峰對峰值幅度約為6 V，偏移為0。將正電源(Vp)設定為+5 V，將負電源(Vn)設定為-5 V。使用示波器通道1觀察W1的輸入，使用示波器通道2觀察放大器在RL處的輸出。圖3為Scopy波形圖示例。
圖2.推挽輸出級麵包板電路
圖3.推挽輸出級波形
接下來施加電源並調整波形產生器，使W1為100 Hz三角波，其偏移為0 V，峰對峰值幅度為3 V。在x-y模式下使用示波器觀察電路的電壓傳輸曲線。圖4為Scopy XY波形圖示例。
圖4.電壓傳輸曲線
減少輸出失真
在圖1所示的基本推挽級中，過零處的大量失真是死區——此時NPN和PNP發射極追隨器均關閉——造成的結果。如果用兩個VBE壓降預偏置BJT，則波形在過零處的死區大幅減少，如圖5所示。這裡，預偏置功能由二極體連接的NPN Q1和PNP Q3提供。電阻R1和R2提供偏置電流，並設定流入輸出元件Q2和Q4中的空閒電流。
說明
在電源關閉的情況下，組裝圖5所示電路，引線應盡可能短且整潔。NPN電晶體Q1和Q2以及PNP電晶體Q3和Q4應從VBE匹配最佳的可用元件中選擇。在同一封裝中製造的電晶體，例如SSM2212或CA3046，往往比單一元件匹配得更好。
圖5.具有過零失真消除功能的推挽輸出級
檢視圖5中由Q1、Q2、Q3和Q4的基極發射極電壓形成的迴路，我們知道迴路周圍的壓降之和必須為零。因此，如果Q1與Q2相同，並且Q3與Q4相同，則僅當Q1中的電流與Q2中的電流相同，並且Q3中的電流與Q4中的電流相同時，迴路周圍的電壓才會為零。當輸出為0 V——也就是說RL中沒有電流，輸入也必然為0 V。
硬體設定
示波器的通道1應連接第一路訊號產生器的輸出，兩個通道（1和2）均應設定為以每格1 V顯示輸出。麵包板連接如圖6所示。
圖6.具有過零失真消除功能的推挽輸出級麵包板電路
程式步驟
波形產生器W1配置為1 kHz正弦波，峰對峰值幅度約為6.0 V，偏移為0。使用示波器通道1觀察W1的輸入，使用示波器通道2觀察放大器在RL處的輸出。
圖7.具有過零失真消除功能的推挽輸出級波形
另一種配置
記住由Q1、Q2、Q3和Q4的基極發射極電壓形成的迴路，我們還知道迴路周圍壓降的順序可以互換。因此，如果互換NPN Q1和PNP Q3的VBE值，我們將得到圖8所示的配置。有些人可能意識到，Q3和Q2的組合就是學子專區文章「ADALM2000實驗：發射極追隨器(BJT)」中討論的低失調追隨器。電路利用PNP發射極追隨器的VBE向上偏移來部分抵消NPN發射極追隨器的VBE向下偏移。電晶體Q1和Q4分別與Q3和Q2互補。
圖8.發射極追隨器過零失真消除
硬體設定
示波器的通道1應連接第一路訊號產生器的輸出，兩個示波器通道（1和2）均應設定為以每格1 V顯示輸出。麵包板連接如圖9所示。
程式步驟
波形產生器W1配置為1 kHz正弦波，峰對峰值幅度約為6 V，偏移為0。使用示波器通道1觀察W1的輸入，使用示波器通道2觀察放大器在RL處的輸出。
圖9.發射極追隨器過零失真消除麵包板電路
圖10.發射極追隨器過零失真消除波形
問題：
• 對於圖5中的電路（具有過零失真消除功能的推挽輸出級）和圖8中的電路（發射極追隨器過零失真消除），模擬並繪製輸入/輸出傳輸曲線。這些電路與圖1中的電路相比，結果如何？
