學(xué)子專區(qū)—ADALM2000實驗：將BJT連接為二極管

目標(biāo)：

本次實驗的目的是研究將雙極性結(jié)型晶體管(BJT)連接為二極管時的正向/反向電流與電壓特性。

材料：

? ADALM2000主動學(xué)習(xí)模塊

? 無焊面包板

? 一個1 kΩ電阻(或其他類似值)

? 一個小信號NPN晶體管(2N3904)

說明：

NPN晶體管的發(fā)射極-基極結(jié)的電流與電壓特性可以使用ADALM2000實驗室硬件和以下連接來測量。使用面包板，將波形發(fā)生器W1連接到電阻R1的一端。將示波器輸入2+也連接到這里。將Q1的基極和集電極連接到R1的另一端，如圖所示。Q1的發(fā)射極接地。將示波器輸入2-和示波器輸入1+連接到Q1的基極-集電極節(jié)點。示波器輸入1-也可以選擇接地。

圖1.NPN二極管連接圖。

硬件設(shè)置：

波形發(fā)生器配置為100 Hz三角波，峰峰值幅度為6 V，偏移為0 V。示波器的差分通道2(2+、2-)用于測量電阻(和晶體管)中的電流。連接示波器通道1 (1+)用于測量晶體管兩端的電壓。流過晶體管的電流是1+和1-之間的電壓差除以電阻值(1 kΩ)的結(jié)果。

圖2.NPN二極管面包板電路。

步驟：

將捕獲的數(shù)據(jù)加載到電子表格中，計算電流。繪制電流與晶體管兩端電壓(VBE)的曲線。沒有反向流動電流。在正向?qū)▍^(qū)域，電壓-電流呈對數(shù)關(guān)系。如果在對數(shù)坐標(biāo)系中繪制電流曲線，結(jié)果應(yīng)為直線。

圖3.NPN二極管XY曲線。

圖4.NPN二極管波形。

反向擊穿特性

目標(biāo)：

本次實驗的目標(biāo)是研究BJT連接為二極管時發(fā)射極-基極結(jié)的反向擊穿電壓特性。

材料：

? 一個100 Ω電阻

? 一個小信號PNP晶體管(2N3906)

說明：

使用面包板，將波形發(fā)生器輸出連接到100 Ω串聯(lián)電阻R1的一端以及Q1的基極和集電極，如圖2所示。發(fā)射極連接到-5 V固定電源。將示波器通道1 (1+) 連接到基極-集電極節(jié)點，1-連接到發(fā)射極節(jié)點。示波器通道2用于測量R1兩端的電壓，從而測得通過Q1的電流。

之所以選擇PNP 2N3906而不是NPN 2N3904，是因為PNP發(fā)射極-基極擊穿電壓小于ADALM2000可產(chǎn)生的+10 V最大值，而NPN的擊穿電壓可能會高于10V。

圖5.PNP發(fā)射極-基極反向擊穿配置。

硬件設(shè)置：

波形發(fā)生器配置為100 Hz三角波，峰峰值幅度為10 V，偏移為0 V。示波器通道1 (1+)用于測量電阻兩端的電壓。其設(shè)置應(yīng)配置為將通道2跨接到電阻R1的兩端(2+、2-)。兩個通道均應(yīng)設(shè)置為每格1 V。流過晶體管的電流是2+和2-之間的電壓差除以電阻值(100 Ω)的結(jié)果。

圖6.PNP發(fā)射極面包板電路。

步驟：

實驗室硬件電源將可用的最大電壓限制為小于10V。許多晶體管的發(fā)射極-基極反向擊穿電壓都大于此電壓。在圖6所示的配置中，可以測量0 V至10 V(W1峰峰值擺幅)之間的電壓。

圖7.PNP發(fā)射極波形。

捕獲示波器波形并將其導(dǎo)出到電子表格中。對于本示例中使用的PNP晶體管2N3906，發(fā)射極-基極結(jié)擊穿電壓約為8.5V。

降低二極管的有效正向電壓

目標(biāo)：

本次實驗的目標(biāo)是研究一種正向電壓特性小于BJT連接作為二極管時的電路配置。

材料：

? 一個1 kΩ電阻

? 一個150 kΩ電阻(或100 kΩ與47 kΩ電阻串聯(lián))

? 一個小信號NPN晶體管(2N3904)

? 一個小信號PNP晶體管(2N3906)

說明：

連接面包板，將波形發(fā)生器W1連接到串聯(lián)電阻R1的一端以及NPN Q1的集電極和PNP Q2的基極，如圖8所示。Q1的發(fā)射極接地。Q2的集電極連接到Vn (5 V)。電阻R2的一端連接到Vp (5 V)。R2的另一端連接到Q1的基極和Q2的發(fā)射極。示波器通道2 (2+)的單端輸入連接到Q1的集電極。

圖8.降低二極管的有效正向壓降所需的配置圖。

硬件設(shè)置：

波形發(fā)生器配置為100 Hz三角波，峰峰值幅度為8 V，偏移為2 V。示波器通道2 (2+)用于測量電阻兩端的電壓。流過晶體管的電流是示波器輸入1+和1-之間的電壓差除以電阻值(1kΩ)的結(jié)果。

步驟：

現(xiàn)在，二極管的導(dǎo)通電壓約為100 mV，而第一個示例中的簡單二極管連接方案為650 mV。繪制W1掃頻時Q1的VBE曲線。

圖9.降低二極管有效正向壓降的面包板電路。

圖10.降低二極管有效正向壓降的波形。

VBE乘法器電路

目標(biāo)：

我們已探討了一種能有效降低VBE的方法，本次實驗的目的則是增大VBE，并展示與單個BJT連接為二極管的方案相比更大的正向電壓特性。

材料：

? 兩個2.2 kΩ電阻

? 一個1 kΩ電阻

? 一個5 kΩ可變電阻、電位計

? 一個小信號NPN晶體管(2N3904)

說明：

連接面包板，將波形發(fā)生器W1連接到電阻R1的一端，如圖11所示。Q1的發(fā)射極接地。電阻R2、R3和R4構(gòu)成分壓器，電位計R3的滑動端連接到Q1的基極。Q1的集電極連接到R1的另一端和R2處的分壓器頂端。示波器通道2 (2+)連接到Q1的集電極。

圖11.VBE乘法器配置。

硬件設(shè)置：

波形發(fā)生器配置為100 Hz三角波，峰峰值幅度為4 V，偏移為2 V。示波器通道單端輸入2+用于測量晶體管兩端的電壓。其設(shè)置應(yīng)配置為通道1+連接發(fā)生器W1以顯示輸出，通道2+連接Q1的集電極。流過晶體管的電流是示波器輸入1+和示波器輸入2+測得的W1兩端的電壓差除以電阻值(1 kΩ)的結(jié)果。

步驟：

開始時，將電位計R3設(shè)置為其范圍的中間值，Q2集電極處的電壓應(yīng)大約為VBE的2倍。將R3設(shè)置為最小值時，集電極處的電壓應(yīng)為VBE的9/2(或4.5)倍。將R3設(shè)置為最大值時，集電極處的電壓應(yīng)為VBE的9/7倍。

圖12.VBE乘法器面包板電路。

圖13.VBE乘法器面包板波形。

問題：

? 此VBE乘法器與簡單的二極管連接的晶體管相比，其電壓與電流之間的特性如何?

您可以在學(xué)子專區(qū)博客上找到問題答案。