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；antoniu miclaus，系统应用工程师
简单的npn二极管连接 目标：
本次实验的目的是研究将双极性结型晶体管（bjt）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npn晶体管（2n3904） 说明：
npn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。
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。
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。
图3.npn二极管xy曲线。
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bjt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。
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。
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。
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bjt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。
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。
图9.降低二极管有效正向压降的面包板电路。
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.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。
图12.vbe乘法器面包板电路。
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。联系方式：doug.mercer@analog.com。
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。
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简单的npn二极管连接 目标：
本次实验的目的是研究将双极性结型晶体管（bjt）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npn晶体管（2n3904） 说明：
npn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。
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。
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。
图3.npn二极管xy曲线。
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bjt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。
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。
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。
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bjt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。
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。
图9.降低二极管有效正向压降的面包板电路。
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：
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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.vbe乘法器配置。
硬件设置：
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图12.vbe乘法器面包板电路。
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问题：
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