【導讀】本次實驗評估的電路利用SSM2212 NPN匹配晶體(ti) 管對中包含的差分晶體(ti) 管對的特性，從(cong) 一個(ge) 三角波生成一個(ge) 近似正弦波。我們(men) 知道，差分晶體(ti) 管對的跨導定義(yi) 為(wei) ：

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

材料

●     ADALM2000 主動學習(xi) 模塊

●     無焊麵包板

●     跳線

●     一個(ge) 10 kΩ電阻

●     四個(ge) 4.7 kΩ電阻

●     一個(ge) 2.2 kΩ電阻

●     兩(liang) 個(ge) 220 Ω電阻

●     一個(ge) 390 Ω電阻

●     一個(ge) 500 Ω電位計

●     一個(ge) 100 pF電容

●     兩(liang) 個(ge) 小信號NPN晶體(ti) 管（SSM2212 NPN匹配對）

●     一個(ge) 運算放大器(OP27)

說明

在無焊麵包板上構建圖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(men) ，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，使輸出正弦波形實現最佳對稱性。使用FFT顯示屏並尋找最小偶數階失真，可能是測試輸出正弦波質量的好辦法。可能需要調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。

對於(yu) 本電路，輸出電壓近似為(wei) ：

其中RL表示輸出上的4.7 kΩ負載電阻。發生2分壓的原因是我們(men) 僅(jin) 需要一個(ge) 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麵包板連接

正弦：

雙曲正切：

比較這兩(liang) 個(ge) 泰勒級數表明，二者均有一階線性分量。這意味著，如果我們(men) 將一個(ge) 三角波應用於(yu) 一個(ge) 具有雙曲正切轉換函數的差分對並保持較低幅度（大約2V_T），則輸出應與(yu) 正弦波幾乎無區別。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自AWG的三角波信號，使電路在輸出失真正弦波盡可能低的範圍內(nei) 工作。

硬件設置

將圖1所示電路連接到麵包板。

程序步驟

配置示波器以捕獲所測量的兩(liang) 個(ge) 信號的多個(ge) 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

三角波發生器

為(wei) 了製作一個(ge) 獨立的正弦波發生器，我們(men) 需要將ADALM2000模塊波形發生器替換為(wei) 三角波發生器。 AD654 電壓頻率轉換器IC是三角波發生器的基礎。AD654的常規輸出是開集數字方波信號。然而，AD654的內(nei) 部時序電路使用一個(ge) 斜坡發生器。此內(nei) 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(men) 無法在不幹擾AD654內(nei) 部時序的情況下直接使用此三角波信號。我們(men) 可以使用 AD8226 儀(yi) 表放大器來緩衝(chong) 該差分信號並將其轉換為(wei) 單端信號。通過調整該三角波信號的幅度，我們(men) 可以利用它來驅動圖1中的三角波變正弦波轉換器電路。

材料

●     兩(liang) 個(ge) 1 kΩ電阻

●     一個(ge) 47 kΩ電阻

●     一個(ge) 6.8 kΩ電阻

●     一個(ge) 220 Ω電阻

●     一個(ge) 5 kΩ電位計

●     一個(ge) 0.1 μF電容

●     一個(ge) 1 μF電容

●     一個(ge) 紅光LED

●     一個(ge) 電壓頻率轉換器AD654

●     一個(ge) 儀(yi) 表放大器AD8226

●     一個(ge) 小信號NPN晶體(ti) 管(2N3904)

圖4.電壓轉頻率三角波發生器

圖5.電壓轉頻率三角波發生器麵包板連接 

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，用5 kΩ電位計代替2.2 kΩ固定電阻R1以調整信號幅度，實現最優(you) 正弦波形。

硬件設置

將圖4所示電路連接到麵包板。

程序步驟

使用ADALM2000，輸出如圖6所示。我們(men) 可以調整儀(yi) 表放大器的增益電阻(R16)，使電路輸出在儀(yi) 表放大器電源的範圍內(nei) 。

在圖6所示的Scopy波形中，R16為(wei) 168 kΩ。

圖6.電壓轉頻率三角波發生器Scopy波形 

問題：

●     對於(yu) 圖1中的電路，說明R6電位計設置為(wei) 最小/最大電阻值時如何影響輸出信號。

您可以在學子專(zhuan) 區博客上找到問題答案：ez.analog.com/studentzone。

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