【導(dǎo)讀】升降壓變壓器的基本定義是一種將輸入的交流電壓轉(zhuǎn)換為比原電壓更高(升壓)或更低(降壓)的器件。此外還有可用于將電路與地隔離的變壓器,這種變壓器被稱為隔離變壓器。本文將側(cè)重討論變壓器的另一種用途,即用于匹配電路阻抗以實現(xiàn)最大功率傳輸。
目標(biāo)
本次實驗旨在帶您熟悉變壓器耦合放大器的阻抗匹配操作。
背景知識
升降壓變壓器的基本定義是一種將輸入的交流電壓轉(zhuǎn)換為比原電壓更高(升壓)或更低(降壓)的器件。此外還有可用于將電路與地隔離的變壓器,這種變壓器被稱為隔離變壓器。本文將側(cè)重討論變壓器的另一種用途,即用于匹配電路阻抗以實現(xiàn)最大功率傳輸。
請看圖1所示的電路。該電路是變壓器耦合型A類功率放大器,它類似于普通的放大器電路,但與集電極負(fù)載中的變壓器相連。
圖1.變壓器耦合型A類功率放大器
在此設(shè)置中,R1和R2建立分壓偏置,而發(fā)射極電阻器R3用于穩(wěn)定偏置。發(fā)射極旁路電容C2用于防止發(fā)射極電路內(nèi)發(fā)生負(fù)反饋。
僅當(dāng)放大器輸出阻抗等于負(fù)載阻抗RL (R4)時,從功率放大器傳輸?shù)截?fù)載的功率才是最大的。這符合最大功率傳輸定理。讓放大器的輸出阻抗與輸出器件的阻抗相匹配很有必要,能夠盡可能放大其傳輸?shù)捷敵銎骷墓β?。這可利用具有適當(dāng)匝數(shù)比的降壓變壓器來實現(xiàn)。
變壓器輸入和輸出電阻之比就等于變壓器匝數(shù)比的平方:
由此得出計算反射阻抗的方程,其中:
n為降壓變壓器的初級與次級匝數(shù)之比
RLP為初級中的反射阻抗
A類功率放大器的效率約為30%;而采用變壓器耦合型A類功率放大器,效率可提高到50%。除了更高效率之外,變壓器耦合型A類功率放大器還有其他優(yōu)點:
基極或集電極電阻中無信號功率損失。
可實現(xiàn)出色的阻抗匹配。
高增益。
提供直流隔離。
圖2.變壓器耦合型A類功率放大器
但這種配置并不完美,其缺點如下:
相對而言,對低頻信號的放大較弱。
變壓器會引入嗡嗡聲。
變壓器體積龐大,價格昂貴。
頻率響應(yīng)較差。
材料
ADALM2000主動學(xué)習(xí)模塊
無焊試驗板和跳線套件
一個NPN晶體管(2N3904)
一個10 kΩ電阻
一個20 kΩ電阻
一個100 Ω電阻
一個10 μF電容
一個1 μF電容
一臺HPH1-0190L/1400L六繞組變壓器
硬件設(shè)置
構(gòu)建圖1所示的電路;參考圖2。使用ADALM2000提供的+5 V和-5 V電源。
程序步驟
設(shè)置信號發(fā)生器通道1產(chǎn)生500 mV、100 Hz正弦波(0 V偏置)。在示波器上監(jiān)視兩個通道。結(jié)果應(yīng)與圖3類似。
圖3.變壓器耦合型A類功率放大器的輸入與輸出電壓
問題
在上述實驗中,我們使用了匝數(shù)比為1:1的變壓器。如果嘗試將變壓器的匝數(shù)比改為2:1,會發(fā)生什么?
您可以在學(xué)子專區(qū)論壇上找到問題答案。
(來源:ADI公司,作者:Antoniu Miclaus,系統(tǒng)應(yīng)用工程師Doug Mercer,顧問研究員)
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