【導(dǎo)讀】本次實(shí)驗(yàn)評(píng)估的電路利用SSM2212 NPN匹配晶體管對(duì)中包含的差分晶體管對(duì)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(duì)的跨導(dǎo)定義為：
其中，IO為差分對(duì)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(dòng)學(xué)習(xí)模塊
● 無(wú)焊面包板
● 跳線
● 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(jì)
● 一個(gè)100 pF電容
● 兩個(gè)小信號(hào)NPN晶體管（SSM2212 NPN匹配對(duì)）
● 一個(gè)運(yùn)算放大器(OP27)
說(shuō)明
在無(wú)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。
圖1.差分對(duì)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(jì)R6，使輸出正弦波形實(shí)現(xiàn)最佳對(duì)稱性。使用FFT顯示屏并尋找最小偶數(shù)階失真，可能是測(cè)試輸出正弦波質(zhì)量的好辦法?？赡苄枰{(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(duì)于本電路，輸出電壓近似為：
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(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(shù)。正弦和雙曲正切函數(shù)的泰勒級(jí)數(shù)的前幾項(xiàng)分別如式3和式4所示。
圖2.差分對(duì)三角波變正弦波轉(zhuǎn)換器面包板連接
正弦：
雙曲正切：
比較這兩個(gè)泰勒級(jí)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(gè)三角波應(yīng)用于一個(gè)具有雙曲正切轉(zhuǎn)換函數(shù)的差分對(duì)并保持較低幅度（大約2VT），則輸出應(yīng)與正弦波幾乎無(wú)區(qū)別。差分對(duì)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(hào)，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(cè)量的兩個(gè)信號(hào)的多個(gè)周期。使用Scopy的波形示例如圖3所示。
圖3.差分對(duì)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(gè)獨(dú)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(hào)。然而，AD654的內(nèi)部時(shí)序電路使用一個(gè)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(shí)序電容上以差分形式提供。我們無(wú)法在不干擾AD654內(nèi)部時(shí)序的情況下直接使用此三角波信號(hào)。我們可以使用 AD8226 儀表放大器來(lái)緩沖該差分信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為單端信號(hào)。通過(guò)調(diào)整該三角波信號(hào)的幅度，我們可以利用它來(lái)驅(qū)動(dòng)圖1中的三角波變正弦波轉(zhuǎn)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(jì)
● 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(zhuǎn)換器AD654
● 一個(gè)儀表放大器AD8226
● 一個(gè)小信號(hào)NPN晶體管(2N3904)
圖4.電壓轉(zhuǎn)頻率三角波發(fā)生器
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(shí)，用5 kΩ電位計(jì)代替2.2 kΩ固定電阻R1以調(diào)整信號(hào)幅度，實(shí)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。
圖6.電壓轉(zhuǎn)頻率三角波發(fā)生器Scopy波形
問(wèn)題：
● 對(duì)于圖1中的電路，說(shuō)明R6電位計(jì)設(shè)置為最小/最大電阻值時(shí)如何影響輸出信號(hào)。
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