學子專區—ADALM2000實驗：將BJT連接為二極體
前言：
作者：ADI 顧問研究員Doug Mercer及系統應用工程師 Antoniu Miclaus
簡單的NPN二極體連接
目標：
本次實驗的目的，在於研究將雙極性結型電晶體(BJT)連接為二極體時的正向/反向電流與電壓特性。
目標：
本次實驗的目的，在於研究將雙極性結型電晶體(BJT)連接為二極體時的正向/反向電流與電壓特性。
材料：
► ADALM2000主動學習模組
► 無焊麵包板
► 一個1 kΩ電阻（或其他類似值）
► 一個小訊號NPN電晶體(2N3904)
► ADALM2000主動學習模組
► 無焊麵包板
► 一個1 kΩ電阻（或其他類似值）
► 一個小訊號NPN電晶體(2N3904)
說明：
NPN電晶體的發射極-基極結的電流與電壓特性可以使用ADALM2000實驗室硬體和以下連接來測量。使用麵包板，將波形產生器W1連接到電阻R1的一端。將示波器輸入2+也連接到這裡。將Q1的基極和集電極連接到R1的另一端，如圖所示。Q1的發射極接地。將示波器輸入2-和示波器輸入1+連接到Q1的基極-集電極節點。示波器輸入1-也可以選擇接地。
NPN電晶體的發射極-基極結的電流與電壓特性可以使用ADALM2000實驗室硬體和以下連接來測量。使用麵包板，將波形產生器W1連接到電阻R1的一端。將示波器輸入2+也連接到這裡。將Q1的基極和集電極連接到R1的另一端，如圖所示。Q1的發射極接地。將示波器輸入2-和示波器輸入1+連接到Q1的基極-集電極節點。示波器輸入1-也可以選擇接地。
圖1.NPN二極體連接圖。
硬體設定：
波形產生器配置為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-）用於測量電阻（和電晶體）中的電流。連接示波器通道1 (1+)用於測量電晶體兩端的電壓。流過電晶體的電流是1+和1-之間的電壓差除以電阻值(1 kΩ)的結果。
波形產生器配置為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-）用於測量電阻（和電晶體）中的電流。連接示波器通道1 (1+)用於測量電晶體兩端的電壓。流過電晶體的電流是1+和1-之間的電壓差除以電阻值(1 kΩ)的結果。
圖2.NPN二極體麵包板電路。
步驟：
將捕獲的資料載入到試算表中，計算電流。繪製電流與電晶體兩端電壓(VBE)的曲線，無反向流動電流。在正向導通區域，電壓-電流呈對數關係。如果在對數坐標系中繪製電流曲線，結果應為直線。
步驟：
將捕獲的資料載入到試算表中，計算電流。繪製電流與電晶體兩端電壓(VBE)的曲線，無反向流動電流。在正向導通區域，電壓-電流呈對數關係。如果在對數坐標系中繪製電流曲線，結果應為直線。
圖3.NPN二極體XY曲線。
圖4.NPN二極體波形。
反向擊穿特性
目標：
本次實驗的目標，是研究BJT連接為二極體時發射極-基極結的反向擊穿電壓特性。
目標：
本次實驗的目標，是研究BJT連接為二極體時發射極-基極結的反向擊穿電壓特性。
材料：
► 一個100 Ω電阻
► 一個小訊號PNP電晶體(2N3906)
► 一個100 Ω電阻
► 一個小訊號PNP電晶體(2N3906)
說明：
使用麵包板，將波形產生器輸出連接到100 Ω串聯電阻R1的一端以及Q1的基極和集電極，如圖2所示。發射極連接到-5 V固定電源。將示波器通道1 (1+) 連接到基極-集電極節點，1-連接到發射極節點。示波器通道2用於測量R1兩端的電壓，因而可測得通過Q1的電流。
使用麵包板，將波形產生器輸出連接到100 Ω串聯電阻R1的一端以及Q1的基極和集電極，如圖2所示。發射極連接到-5 V固定電源。將示波器通道1 (1+) 連接到基極-集電極節點，1-連接到發射極節點。示波器通道2用於測量R1兩端的電壓，因而可測得通過Q1的電流。
之所以選擇PNP 2N3906而不是NPN 2N3904，是因為PNP發射極-基極擊穿電壓小於ADALM2000可產生的+10 V最大值，而NPN的擊穿電壓可能會高於10V。
圖5.PNP發射極-基極反向擊穿配置。
硬體設定：
波形產生器配置為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+)用於測量電阻兩端的電壓。其設定應配置為將通道2跨接到電阻R1的兩端（2+、2-）。兩個通道均應設定為每格1 V。流過電晶體的電流是2+和2-之間的電壓差除以電阻值(100 Ω)的結果。
波形產生器配置為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+)用於測量電阻兩端的電壓。其設定應配置為將通道2跨接到電阻R1的兩端（2+、2-）。兩個通道均應設定為每格1 V。流過電晶體的電流是2+和2-之間的電壓差除以電阻值(100 Ω)的結果。
圖6.PNP發射極麵包板電路。
步驟：
實驗室硬體電源將可用的最大電壓限制為小於10V。許多電晶體的發射極-基極反向擊穿電壓都大於此電壓。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。
實驗室硬體電源將可用的最大電壓限制為小於10V。許多電晶體的發射極-基極反向擊穿電壓都大於此電壓。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發射極波形。
捕獲示波器波形並將其匯出到試算表中。對於本示例中使用的PNP電晶體2N3906，發射極-基極結擊穿電壓約為8.5V。
降低二極體的有效正向電壓
目標：
本次實驗的目標是研究一種正向電壓特性小於BJT連接作為二極體時的電路配置。
目標：
本次實驗的目標是研究一種正向電壓特性小於BJT連接作為二極體時的電路配置。
材料：
► 一個1 kΩ電阻
► 一個150 kΩ電阻（或100 kΩ與47 kΩ電阻串聯）
► 一個小訊號NPN電晶體(2N3904)
► 一個1 kΩ電阻
► 一個150 kΩ電阻（或100 kΩ與47 kΩ電阻串聯）
► 一個小訊號NPN電晶體(2N3904)
► 一個小訊號PNP電晶體(2N3906)
說明：
連接麵包板，將波形產生器W1連接到串聯電阻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的發射極。示波器通道2 (2+)的單端輸入連接到Q1的集電極。
連接麵包板，將波形產生器W1連接到串聯電阻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.降低二極體的有效正向壓降所需的配置圖。
硬體設定：
波形產生器配置為100 Hz三角波，峰對峰值幅度為8 V，偏移為2 V。示波器通道2 (2+)用於測量電阻兩端的電壓。流過電晶體的電流是示波器輸入1+和1-之間的電壓差除以電阻值(1kΩ)的結果。
波形產生器配置為100 Hz三角波，峰對峰值幅度為8 V，偏移為2 V。示波器通道2 (2+)用於測量電阻兩端的電壓。流過電晶體的電流是示波器輸入1+和1-之間的電壓差除以電阻值(1kΩ)的結果。
步驟：
現在，二極體的導通電壓約為100 mV，而第一個示例中的簡單二極體連接方案為650 mV。繪製W1掃頻時Q1的VBE曲線。
現在，二極體的導通電壓約為100 mV，而第一個示例中的簡單二極體連接方案為650 mV。繪製W1掃頻時Q1的VBE曲線。
圖9.降低二極體有效正向壓降的麵包板電路。
圖10.降低二極體有效正向壓降的波形。
VBE乘法器電路
VBE乘法器電路
目標：
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，並展示與單個BJT連接為二極體的方案相比更大的正向電壓特性。
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，並展示與單個BJT連接為二極體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
► 一個小訊號NPN電晶體(2N3904)
► 兩個2.2 kΩ電阻
► 一個1 kΩ電阻
► 一個5 kΩ可變電阻、電位計
► 一個小訊號NPN電晶體(2N3904)
說明：
連接麵包板，將波形產生器W1連接到電阻R1的一端，如圖11所示。Q1的發射極接地。電阻R2、R3和R4構成分壓器，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。
連接麵包板，將波形產生器W1連接到電阻R1的一端，如圖11所示。Q1的發射極接地。電阻R2、R3和R4構成分壓器，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。
硬體設置：
波形產生器配置為100 Hz三角波，峰對峰值幅度為4 V，偏移為2 V。示波器通道單端輸入2+用於測量電晶體兩端的電壓。其設置應配置為通道1+連接產生器W1以顯示輸出，通道2+連接Q1的集電極。流過電晶體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)的結果。
波形產生器配置為100 Hz三角波，峰對峰值幅度為4 V，偏移為2 V。示波器通道單端輸入2+用於測量電晶體兩端的電壓。其設置應配置為通道1+連接產生器W1以顯示輸出，通道2+連接Q1的集電極。流過電晶體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)的結果。
步驟：
開始時，將電位計R3設置為其範圍的中間值，Q2集電極處的電壓應大約為VBE的2倍。將R3設置為最小值時，集電極處的電壓應為VBE的9/2（或4.5）倍。將R3設置為最大值時，集電極處的電壓應為VBE的9/7倍。
開始時，將電位計R3設置為其範圍的中間值，Q2集電極處的電壓應大約為VBE的2倍。將R3設置為最小值時，集電極處的電壓應為VBE的9/2（或4.5）倍。將R3設置為最大值時，集電極處的電壓應為VBE的9/7倍。
圖13.VBE乘法器麵包板波形。
問題：
► 此VBE乘法器與簡單的二極體連接的電晶體相比，其電壓與電流之間的特性如何？
► 此VBE乘法器與簡單的二極體連接的電晶體相比，其電壓與電流之間的特性如何？
您可以在學子專區部落格上找到問題答案。
圖12.VBE乘法器麵包板電路。
