学子专区—ADALM2000实验：调节基准电压源
作者：adi公司 doug mercer，顾问研究员；antoniu miclaus，系统应用工程师
本实验旨在构建和研究多种类型的基准电压源/稳压器，分为以下几部分：
可调基准电压源 增强基准电压源 分流稳压器 调节基准电压源 目标
可以将先前实验中的零增益放大器（q1、r2）和稳定电流源（q2、r3）与负反馈中的pnp电流镜级（q3、q4）配合使用，以构建在一定的输入电压范围内提供恒定或可调输出电压的电路。
材料
adalm2000主动学习模块 无焊面包板 一个2.2 kω电阻（或其他类似值） 一个100 ω电阻 两个小信号npn晶体管（2n3904或ssm2212） 两个小信号pnp晶体管（2n3906或ssm2220） 说明
面包板连接如图1所示。awg1的输出驱动pnp晶体管q3和q4的发射极。q3和q4配置为电流镜，其基极与q3的集电极相连。q4的集电极连接到电阻r1。电阻r1和r2以及晶体管q1按照2020年11月学子专区实验所示进行连接，“adalm2000 实验： 零增益放大器。”由于q2的vbe始终小于q1的vbe，因此应从器件库存中选择q1和q2，使得（在相同的集电极电流下）q2的vbe小于q1的vbe。晶体管q2的基极连接到q1集电极的零增益输出。q2的集电极连接到pnp电流镜的输入端，即q3的基极和集电极。2+（单端）示波器输入用于测量q4集电极上的输出电压。
图1.稳压器电路。
硬件设置
波形发生器1应配置为1 khz三角波，峰峰值幅度为4 v，偏置为2 v。示波器通道2的单端输入（2+）用于测量q4集电极上的稳定输出电压（负输入1-和2–应接地）。
图2.稳压器试验板电路。
程序步骤
绘制输出电压（在q4的集电极处测量）与输入电压的关系曲线。在多少输入电压电平下，输出电压停止变化/调节？这称为压差。对于输入电压高于压差的情况，输入电压每变化一伏，输出电压变化多少？vout的变化/vin的变化称为电压调整率。将可变电阻的输出节点接地。在输入电压固定（即连接到固定的vp板电源）的情况下，测量电阻各种设置的输出电压。计算每个设置的电阻中的电流。输出电压与输出电流的关系有何变化？这称为负载调整。
图3.稳压器示波器xy图。
增强基准电压源 目标
上一节中稳压器电路存在的问题是，可用于输出负载的电流受到通过pnp q3和q4映射的npn q2提供的反馈电流的限制。我们希望构建一个电路，不仅在输入电压范围内，而且在输出负载电流范围内都能提供恒定或可调输出电压。这第二个电路利用发射极跟随器输出级为输出提供电流。
材料
一个2.2 kω电阻 一个100 ω电阻 一个10 kω可变电阻（电位计） 一个4.7 kω电阻（可以是为所需电路操作选择的任何类似阻值电阻） 四个小信号npn晶体管（2n3904和ssm2212） 说明
面包板连接如图4所示。晶体管q1和电阻r1及r2依然配置为零增益放大器。晶体管q2和可变电阻r3形成稳定的电流源。如果使用ssm2212匹配的npn对，最好将其用于器件q1和q2。共发射极输出级q3及其集电极负载r4提供增益。发射极跟随器q4驱动输出节点并关闭负反馈环路。
图4.增强型稳压器。
硬件设置
波形发生器w1应配置为1 khz三角波，峰峰值幅度为4 v，偏置为2 v。示波器通道2 （2+）用于测量q4发射极上的稳定输出电压。
图5.增强型稳压器试验板电路。
程序步骤
重复测量此电路的压差、线路和负载调整。它们与第一个稳压器电路有何不同？
图6.增强型稳压器波形xy图。
分流稳压器 目标
可以将零增益放大器（q1、r2）和稳定电流源（q2、r3）与负反馈中的共发射极放大器级（q3）配合使用，以构建在一定的输入电流范围内提供恒定或可调输出电压的2端口电路。
材料
adalm2000主动学习模块 无焊面包板 跳线 一个2.2 kω电阻（或其他类似值） 一个100 ω电阻 一个1 kω电阻（或类似值） 一个10 kω可变电阻（电位计） 三个小信号npn晶体管（2n3904和ssm2212） 说明
面包板连接如图7所示。函数发生器的输出驱动电阻r4的一端。电阻r1和r2以及晶体管q1按照11月学子专区文章所示进行连接，”adalm2000实验：零增益放大器（bjt）。”电阻r3和晶体管q2按照2021年1月文章所示进行连接，”adalm2000实验：稳定电流源。”如果使用ssm2212匹配的npn对，最好将其用于器件q1和q2。添加q3，将其发射极接地，基极连接到q2的集电极，集电极连接到组合r1、r3、r4和示波器输入2+的节点上。
图7.带隙分流稳压器。
硬件设置
波形发生器w1应配置为1 khz三角波，峰峰值幅度为4 v，偏置为2 v。示波器通道2的单端输入（2+）用于测量q3集电极上的调节输出电压。
图8.带隙分流稳压器试验板电路。
程序步骤
配置示波器以捕获测量的两个信号的多个周期。确保启用xy功能。图9提供了示波器显示的图像示例。调节可变电阻r3时，观察输出电压的调节。
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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本实验旨在构建和研究多种类型的基准电压源/稳压器，分为以下几部分：
可调基准电压源 增强基准电压源 分流稳压器 调节基准电压源 目标
可以将先前实验中的零增益放大器（q1、r2）和稳定电流源（q2、r3）与负反馈中的pnp电流镜级（q3、q4）配合使用，以构建在一定的输入电压范围内提供恒定或可调输出电压的电路。
材料
adalm2000主动学习模块 无焊面包板 一个2.2 kω电阻（或其他类似值） 一个100 ω电阻 两个小信号npn晶体管（2n3904或ssm2212） 两个小信号pnp晶体管（2n3906或ssm2220） 说明
面包板连接如图1所示。awg1的输出驱动pnp晶体管q3和q4的发射极。q3和q4配置为电流镜，其基极与q3的集电极相连。q4的集电极连接到电阻r1。电阻r1和r2以及晶体管q1按照2020年11月学子专区实验所示进行连接，“adalm2000 实验： 零增益放大器。”由于q2的vbe始终小于q1的vbe，因此应从器件库存中选择q1和q2，使得（在相同的集电极电流下）q2的vbe小于q1的vbe。晶体管q2的基极连接到q1集电极的零增益输出。q2的集电极连接到pnp电流镜的输入端，即q3的基极和集电极。2+（单端）示波器输入用于测量q4集电极上的输出电压。
图1.稳压器电路。
硬件设置
波形发生器1应配置为1 khz三角波，峰峰值幅度为4 v，偏置为2 v。示波器通道2的单端输入（2+）用于测量q4集电极上的稳定输出电压（负输入1-和2–应接地）。
图2.稳压器试验板电路。
程序步骤
绘制输出电压（在q4的集电极处测量）与输入电压的关系曲线。在多少输入电压电平下，输出电压停止变化/调节？这称为压差。对于输入电压高于压差的情况，输入电压每变化一伏，输出电压变化多少？vout的变化/vin的变化称为电压调整率。将可变电阻的输出节点接地。在输入电压固定（即连接到固定的vp板电源）的情况下，测量电阻各种设置的输出电压。计算每个设置的电阻中的电流。输出电压与输出电流的关系有何变化？这称为负载调整。
图3.稳压器示波器xy图。
增强基准电压源 目标
上一节中稳压器电路存在的问题是，可用于输出负载的电流受到通过pnp q3和q4映射的npn q2提供的反馈电流的限制。我们希望构建一个电路，不仅在输入电压范围内，而且在输出负载电流范围内都能提供恒定或可调输出电压。这第二个电路利用发射极跟随器输出级为输出提供电流。
材料
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图4.增强型稳压器。
硬件设置
波形发生器w1应配置为1 khz三角波，峰峰值幅度为4 v，偏置为2 v。示波器通道2 （2+）用于测量q4发射极上的稳定输出电压。
图5.增强型稳压器试验板电路。
程序步骤
重复测量此电路的压差、线路和负载调整。它们与第一个稳压器电路有何不同？
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材料
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图7.带隙分流稳压器。
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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。
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