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学子专区—ADALM2000实验:将BJT连接为二极管

作者:ADI公司 ”Doug Mercer“ 顾问研究员 ”ntoniu Miclaus“ 系统应用工程师时间:2020-03-25来源:电子产品世界收藏

简单的二极管连接

本文引用地址:http://wcug.cn/article/202003/411314.htm

目标:

本次实验的目的是研究将双极性结型晶体管()连接为二极管时的正向/反向电流与电压特性。

材料:

   ADALM2000 主动学习模块

   无焊面包板

   一个1 kΩ电阻(或其他类似值)

   一个小信号晶体管(2N3904)

说明:

晶体管的发射极-基极结的电流与电压特性可以使用 ADALM2000 实验室硬件和以下连接来测量。使用面包板,将波形发生器 W1 连接到电阻 R1 的一端。将示波器输入2+也连接到这里。将Q1的基极和集电极连接到R1的另一端,如图所示。Q1 的发射极接地。将示波器输入2-和示波器输入1+连接到Q1的基极-集电极节点。示波器输入1-也可以选择接地。

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图1.NPN 二极管连接图。

硬件设置:

波形发生器配置为100 Hz三角波,峰峰值幅度为6 V,偏移为0 V。示波器的差分通道2(2+、2-)用于测量电阻(和晶体管)中的电流。连接示波器通道1 (1+)用于测量晶体管两端的电压。流过晶体管的电流是1+和1-之间的电压差除以电阻值(1 kΩ)的结果。

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图2.NPN 二极管面包板电路。

步骤:

将捕获的数据加载到电子表格中,计算电流。绘制电流与晶体管两端电压(VBE)的曲线。没有反向流动电流。在正向导通区域,电压-电流呈对数关系。如果在对数坐标系中绘制电流曲线,结果应为直线。

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图3.NPN 二极管 XY 曲线。

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图4.NPN 二极管波形。

反向击穿特性

目标:

本次实验的目标是研究连接为二极管时发射极-基极结的反向击穿电压特性。

材料:

   一个100 Ω电阻

   一个小信号PNP晶体管(2N3906)

说明:

使用面包板,将波形发生器输出连接到100 Ω串联电阻R1的一端以及 Q1 的基极和集电极,如图2所示。发射极连接到-5 V固定电源。将示波器通道1 (1+) 连接到基极-集电极节点,1-连接到发射极节点。示波器通道2用于测量 R1 两端的电压,从而测得通过Q1的电流。 

之所以选择PNP 2N3906而不是NPN 2N3904,是因为 PNP 发射极-基极击穿电压小于 ADALM2000 可产生的+10 V最大值,而NPN的击穿电压可能会高于10V。

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图5.PNP 发射极-基极反向击穿配置。

硬件设置:

波形发生器配置为100 Hz三角波,峰峰值幅度为10 V,偏移为0 V。示波器通道1 (1+)用于测量电阻两端的电压。其设置应配置为将通道2跨接到电阻R1的两端(2+、2-)。两个通道均应设置为每格1 V。流过晶体管的电流是2+和2-之间的电压差除以电阻值(100 Ω)的结果。

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图6.PNP发射极面包板电路。

步骤:

实验室硬件电源将可用的最大电压限制为小于10V。许多晶体管的发射极-基极反向击穿电压都大于此电压。在图6所示的配置中,可以测量0 V至10 V(W1峰峰值摆幅)之间的电压。

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图7.PNP发射极波形。

捕获示波器波形并将其导出到电子表格中。对于本示例中使用的PNP晶体管2N3906,发射极-基极结击穿电压约为8.5V。

降低二极管的有效正向电压

目标:

本次实验的目标是研究一种正向电压特性小于连接作为二极管时的电路配置。

材料:

   一个1 kΩ电阻

   一个150 kΩ电阻(或100 kΩ与47 kΩ电阻串联)

   一个小信号NPN晶体管(2N3904)

   一个小信号PNP晶体管(2N3906)

说明:

连接面包板,将波形发生器W1连接到串联电阻R1的一端以及NPN Q1的集电极和PNP Q2的基极,如图8所示。Q1的发射极接地。Q2的集电极连接到Vn (5 V)。电阻R2的一端连接到Vp (5 V)。R2的另一端连接到Q1的基极和Q2的发射极。示波器通道2 (2+)的单端输入连接到Q1的集电极。

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图8.降低二极管的有效正向压降所需的配置图。

硬件设置:

波形发生器配置为100 Hz三角波,峰峰值幅度为8 V,偏移为2 V。示波器通道2 (2+)用于测量电阻两端的电压。流过晶体管的电流是示波器输入1+和1-之间的电压差除以电阻值(1kΩ)的结果。

步骤:

现在,二极管的导通电压约为100 mV,而第一个示例中的简单二极管连接方案为650 mV。绘制W1扫频时Q1的 VBE 曲线。

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图9.降低二极管有效正向压降的面包板电路。

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图10.降低二极管有效正向压降的波形。

VBE 乘法器电路

目标:

我们已探讨了一种能有效降低 VBE 的方法,本次实验的目的则是增大 VBE,并展示与单个BJT连接为二极管的方案相比更大的正向电压特性。

材料:

   两个2.2 kΩ电阻

   一个1 kΩ电阻

   一个5 kΩ可变电阻、电位计

   一个小信号NPN晶体管(2N3904)

说明:

连接面包板,将波形发生器W1连接到电阻R1的一端,如图11所示。Q1的发射极接地。电阻R2、R3和R4构成分压器,电位计R3的滑动端连接到Q1的基极。Q1的集电极连接到R1的另一端和R2处的分压器顶端。示波器通道2 (2+)连接到Q1的集电极。

图11.jpg

图11. VBE 乘法器配置。

硬件设置:

波形发生器配置为100 Hz三角波,峰峰值幅度为4 V,偏移为2 V。示波器通道单端输入2+用于测量晶体管两端的电压。其设置应配置为通道1+连接发生器W1以显示输出,通道2+连接Q1的集电极。流过晶体管的电流是示波器输入1+和示波器输入2+测得的W1两端的电压差除以电阻值(1 kΩ)的结果。

步骤:

开始时,将电位计R3设置为其范围的中间值,Q2集电极处的电压应大约为 VBE 的2倍。将R3设置为最小值时,集电极处的电压应为VBE的9/2(或4.5)倍。将R3设置为最大值时,集电极处的电压应为 VBE 的9/7倍。

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图12.VBE 乘法器面包板电路。

图13.jpg

图13.VBE 乘法器面包板波形。

问题:

   此 VBE 乘法器与简单的二极管连接的晶体管相比,其电压与电流之间的特性如何?

您可以在 学子专区博客 上找到问题答案。

 作者简介

Doug Mercer 于1977年毕业于伦斯勒理工学院(RPI),获电子工程学士学位。自1977年加入 ADI 公司以来,他直接或间接贡献了30多款数据转换器产品,并拥有13项专利。他于1995年被任命为ADI研究员。2009年,他从全职工作转型,并继续以名誉研究员身份担任 ADI 顾问,为“主动学习计划”撰稿。2016年,他被任命为 RPI ECSE 系的驻校工程师。

Antoniu Miclaus 现为 ADI 公司的系统应用工程师,从事ADI教学项目工作,同时为 Circuits from the Lab®、QA 自动化和流程管理开发嵌入式软件。他于2017年2月在罗马尼亚克卢日-纳波卡加盟 ADI 公司。他目前是贝碧思鲍耶大学软件工程硕士项目的理学硕士生,拥有克卢日-纳波卡科技大学电子与电信工程学士学位。



关键词: BJT NPN

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