基于ADALM2000实现共集电极放大电路

大连理工大学城市学院 刘永辉 付文博 付宜帆 于海霞

模拟电路的学习离不开理论和实验的结合，而实验普遍需要借助实验室中示波器，信号发生器，稳压源等基础设备来完成。ADALM2000在一个手掌大小的盒子中包含了实验所需要的设备功能，因此ADALM2000在学习电路方面有很大的便利。

本文基于ADALM2000，利用SCOPY设计了共集电极电路。共集电极放大电路是在模拟电子领域中的一个基本放大电路，共集电极放大电路也称射极放大电路，有三个特点：（1）放大倍数小于1但接近于1；（2）输入电阻大（几十到一百多千欧）；（3）输出电阻小（几十到几百欧姆）。

ADALM2000(M2K)主动学习模块是一个经济实惠的USB供电数据采集模块，相比于ADALM1000(M1K)，其模块功能有大幅扩展和提升。ADALM2000内置采样速率可达100MSPS的12位模-数和数-模转换器，是一个高性能便携的掌上实验室。它不仅仅是几个部分的简单组合，要想掌握它的功能，用户需要学习它里面每个部分的基本。

1 系统框图

自行设计共集电极放大电路，如图1所示。

实验内容：共集电极放大电路。

实验仪器和元件：ADALM2000一个，数字万用表一个，交直流稳压电源一台，三极管、电阻、电容若干。

图1 共集电极放大电路原理图

2 设计原理

2.1 射极跟随器静态工作点的调试

图1所示是一个基本的射极跟随器电路。它的结构特点是输入信号加在基极，输出信号取自发射极。在设计输出端的静态工作点时，通常情况下仍按照静态最大值和静态最小值之间的中间值来取值。就图1电路来说，当三极管饱和，发射极静态电压达到最大值（约等于VCC）；当三极管截止时（发射极电流iE为零），发射极静态电压达到最低值（0伏），因此静态工作点VEQ应该取两者之间的中间值，即二分之一VCC。因为发射极电阻Re和输出端相联，调节该电阻将对输入和输出回路都带来影响，因此在调整静态工作点的时候，最好的方法是调整基极电阻Rb，当需要静态电压VEQ降低或升高时，则需要将电阻Rb增加或减小。

2.2 放大电路的基本模型

放大器输入端的特性之所以要用电阻来做模型，是因为这样可以有效的分析出在放大器的输入端能够得到多大的输入电压ui或输入电流ii。由分压定理知，当信号源的内阻Rs较大时，可以利用射极跟随器输入端的阻抗Ri可以做的很大的特点，使输入端得到较大的输入电压ui。放大器输出端的模型就是戴维南电路模型，根据最大功率传输定理，输出端的负载可以得到的最大功率为。图2所示是在面包板上搭建静态工作电路的图片。

图2 在面包板上搭建静态工作电路

2.3 放大器输入电阻的测量方法

对于任何放大器的输入端或是任意电路的端口，如果我们需要知道该端口向内望进去阻抗的大小，可以利用分压原理的办法来测量计算。分压法需要的条件仅仅是一个信号源、一个已知电阻和一台测量电压的仪表而已。操作中需要测量的参数也只有信号源电压us和输入端口的电压ui。对于图3所示的输入部分，由分压定理知：

因为Rs、us、ui均已知或可测量，由式可得：

放大器的输入阻抗不可以用欧姆表直接测量。

图3 直流稳压电源提供15V电压

2.4 放大器输出电阻的测量方法

在求输出阻抗Ro时，我们同样可用分压法来测量计算。有所不同的是，电压源uO是在放大器的内部，且它是一个等效出来的模型，并不能找到一个原始的电路与之直接对应进行测量，我们可以实施测量的位置又仅仅局限在输出端的端口上，由分压定理可得关系，因为RL、uO、uOL均已知或可测量，由式可得。

3 实验步骤

（1）用数字万用表测量三极管的β值。

（2）在面包板上按照左边输入、右边输出、上正下负，搭出静态工作电路。

（3）打开直流稳压电源，调节电压示数为15V，该值为集电极对地电源电压VCC。

（4）用Scopy软件打开ADALM2000电压表功能，将ADALM2000下方1+和1-（电压表CH1通道）分别用导线接入三极管的发射集（E）与地，测量静态电压UEQ；调整偏置电阻Rb阻值，使UEQ等于二分之一VCC，记录Rb阻值。如图4所示。

图4 用Scopy软件的电压表功能测出UEQ

（5）在面包板上搭建出基本共射极电路，如图5所示。

图5 在面包板上搭建出基本共射极电路

（6）用Scopy软件打开ADALM2000信号发生器功能（Signal Generator），在右边将会展开四个子功能：常数（Constant），波形（Waveform），缓冲（Buffer），数字（Math）；提供交流电源选择第二个子功能—波形（Waveform），将信号源参数设置为：幅度（Amplitude）20mVp-p，频率（Frequency）1KHZ的正弦波。将ADALM2000下方W用导线接入三极管的基极（B）。点击RUN，此时ADALM2000开始向电路中输送Ui。如图6所示。

图6 用Scopy软件打开ADALM2000信号发生器功能

（7）用Scopy软件打开ADALM200示波器功能，将ADALM2000下方1+和1-（示波器CH2通道）分别用导线接入三极管的发射极（E）与面包板地线，测量输出电压UEQ，信号模式选择交流（AC）。在右侧可调节变量里，水平（HORIZONTAL）控制时间周期，设置为200us，位置设置为3.721us；垂直（VERTICAL）控制伏/分区和位置，分别设置为100mVolts和0Volts。完成上述操作后点击RUN产生波形。如图7所示。

图7 用Scopy软件打开ADALM200示波器功能

（8）将负载电阻Rs连接到A、B两点之间，用示波器记录输入电压ui和输出电压uo。利用即可求出输入阻抗。

（9）将负载电阻RL连接到Re两点之间，用示波器记录输入电压ui和输出电压uol。利用即可求出输出阻抗。

4 实验结果

实验记录结果如图8所示。

图8 记录结果

5 误差分析

本次实验由于实际电阻，电容的值与理论值存在微小误差，所做出的数值与理论有微小误差

结语：本次实验设计对理论知识进行了验证，充分发挥了ADALM2000的优势，小巧的盒子里包含了信号发生器，示波器，稳压电源，电压表等功能，大大的简化了基础电子实验的操作，解决了实验只局限在实验室的问题。ADALM2000主动学习模块的设计考虑到了各种水平、不同背景的学生和电子爱好者们，易于上手的设计保证了使用者既可以在教师的辅导下学习，也可以自学。小巧的模块可以助你探索数十兆赫兹范围的信号与系统的世界，也为攻读科学、技术或工程学位打下基础，而无需花费巨资购买庞大的传统实验装备，有较大的应用空间。