學子專區—ADALM2000實驗：調節基準電壓源
前言：
作者：ADI顧問研究員 Doug Mercer 及系統應用工程師Antoniu Miclaus
本實驗目的在建構及研究多種類型的基準電壓源/穩壓器，分為以下幾部分：
• 調節基準電壓源
• 增強基準電壓源
• 分流穩壓器
調節基準電壓源
目標
可以將先前實驗中的零增益放大器（Q1、R2）和穩定電流源（Q2、R3）與負反饋中的PNP電流鏡級（Q3、Q4）配合使用，以建構在一定的輸入電壓範圍內提供恆定或調節輸出電壓的電路。
材料
• ADALM2000 主動學習模組
• 無焊麵包板
• 一個2.2 kΩ電阻（或其他類似值）
• 一個100 Ω電阻
• 兩個小訊號NPN電晶體（2N3904或SSM2212）
• 兩個小訊號PNP電晶體（2N3906或SSM2220）
說明
麵包板連接如圖1所示。AWG1的輸出驅動PNP電晶體Q3和Q4的發射極。Q3和Q4配置為電流鏡，其基極與Q3的集電極相連。Q4的集電極連接到電阻R1。電阻R1和R2以及電晶體Q1按照2020年11月學子專區實驗所示進行連接，「ADALM2000 實驗： 零增益放大器」。 由於Q2的VBE始終小於Q1的VBE，因此應從元件庫存中選擇Q1和Q2，使得（在相同的集電極電流下）Q2的VBE小於Q1的VBE。電晶體Q2的基極連接到Q1集電極的零增益輸出。Q2的集電極連接到PNP電流鏡的輸入端，即Q3的基極和集電極。2+（單端）示波器輸入用於測量Q4集電極上的輸出電壓。
圖1.穩壓器電路。
硬體設定
波形產生器1應配置為1 kHz三角波，峰對峰值幅度為4 V，偏置為2 V。示波器通道2的單端輸入(2+)用於測量Q4集電極上的穩定輸出電壓（負輸入1-和2–應接地）。
圖2.穩壓器試驗板電路。
程式步驟
繪製輸出電壓（在Q4的集電極處測量）與輸入電壓的關係曲線。在多少輸入電壓位準下，輸出電壓停止變化/調節？這稱為壓差。對於輸入電壓高於壓差的情況，輸入電壓每變化1V，輸出電壓變化多少？VOUT的變化/VIN的變化稱為電壓調整率。將可變電阻的輸出節點接地。在輸入電壓固定（即連接到固定的Vp板電源）的情況下，測量電阻各種設定的輸出電壓。計算每個設定的電阻中的電流。輸出電壓與輸出電流的關係有何變化？這稱為負載調整。
圖3.穩壓器示波器XY圖。
增強基準電壓源
目標
上一節中穩壓器電路存在的問題是，可用於輸出負載的電流受到透過PNP Q3和Q4映射的NPN Q2提供的回饋電流的限制。我們希望建構一個電路，不僅在輸入電壓範圍內，而且在輸出負載電流範圍內都能提供恆定或調節輸出電壓。這第二個電路利用發射極跟隨器輸出級為輸出提供電流。
材料
• 一個2.2 kΩ電阻
• 一個100 Ω電阻
• 一個10 kΩ可變電阻（電位計）
• 一個4.7 kΩ電阻（可以是為所需電路操作選擇的任何類似阻值電阻）
• 四個小訊號NPN電晶體（2N3904和SSM2212）
說明
麵包板連接如圖4所示。電晶體Q1和電阻R1及R2依然配置為零增益放大器。電晶體Q2和可變電阻R3形成穩定的電流源。如果使用SSM2212匹配的NPN對，最好將其用於元件Q1和Q2。共發射極輸出級Q3及其集電極負載R4提供增益。發射極跟隨器Q4驅動輸出節點並關閉負反饋環路。
圖4.增強型穩壓器。
硬體設定
波形產生器W1應配置為1 kHz三角波，峰對峰值幅度為4 V，偏置為2 V。示波器通道2 (2+)用於測量Q4發射極上的穩定輸出電壓。
圖5.增強型穩壓器試驗板電路。
程式步驟
重複測量此電路的壓差、線路和負載調整。它們與第一個穩壓器電路有何不同？
圖6.增強型穩壓器波形XY圖。
分流穩壓器
目標
可以將零增益放大器（Q1、R2）和穩定電流源（Q2、R3）與負反饋中的共發射極放大器級(Q3)配合使用，以建構在一定的輸入電流範圍內提供恆定或調節輸出電壓的2埠電路。
材料
• ADALM2000主動學習模組
• 無焊麵包板
• 跳線
• 一個2.2 kΩ電阻（或其他類似值）
• 一個100 Ω電阻
• 一個1 kΩ電阻（或類似值）
• 一個10 kΩ可變電阻（電位計）
• 三個小訊號NPN電晶體（2N3904和SSM2212）
指引
麵包板連接如圖7所示。函數產生器的輸出驅動電阻R4的一端。電阻R1和R2以及電晶體Q1按照11月學子專區文章所示進行連接， 「ADALM2000實驗：零增益放大器(BJT) 」。電阻R3和電晶體Q2按照2021年1月文章所示進行連接， 「ADALM2000實驗：穩定電流源 」。如果使用SSM2212匹配的NPN對，最好將其用於元件Q1和Q2。添加Q3，將其發射極接地，基極連接到Q2的集電極，集電極連接到組合R1、R3、R4和示波器輸入2+的節點上。
圖7.帶隙分流穩壓器。
硬體設定
波形產生器W1應配置為1 kHz三角波，峰對峰值幅度為4 V，偏置為2 V。示波器通道2的單端輸入(2+)用於測量Q3集電極上的調節輸出電壓。
圖8.帶隙分流穩壓器試驗板電路。
程式步驟
配置示波器以捕捉測量的兩個訊號的多個週期。確保啟用XY功能。圖9提供了示波器顯示的圖像示例。調節可變電阻R3時，觀察調節輸出電壓。
圖9.輸出電壓與輸入電壓的關係
圖10.輸出電壓與輸入電流關係圖示例。
問題：
向頻隙分流穩壓器的輸出電壓施加接地負載時，會對調節輸出電壓產生什麼影響？
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