ADALM2000实验：生成负基准电压
目标
本次实验旨在研究产生负基准电压的方法。正基准电压源或稳压器配置更常见。从正电压产生负基准电压的传统方法涉及反相运算放大器级，其往往依赖精密匹配电阻以实现高精度。
背景知识
在图1a中，使用简单的齐纳二极管电路产生正基准电压+vref，该电路由来自齐纳二极管稳压器实验活动的rz和dz组成。正基准电压源通常包括一个同相运算放大器缓冲器，用于调整输出电压并提供负载所需的任何电流。产生负基准电压的显而易见的方法是使用反相运算放大器级。运算放大器将+vref反相，在输出端提供-vref。这种方法需要两个精密电阻r1和r2。这两个电阻的匹配误差（例如，不同的精度和不同的温度系数）以及运算放大器中的电压失调，会在运算放大器的输出端(+vref)产生误差，如图1a所示。然而，这种反相放大器配置的一个潜在附带好处是-vref不需要具有与+vref相同的绝对值。通过改变r1和r2的比值，可以放大或缩小负基准电压。我们将在本实验活动中研究的另一种配置如图1b所示。它能产生负基准电压，不依赖于成比例的匹配电阻，并有可能以更少的元件提供更高的精度。
图1.生成-vref的两种可能方法：(a)使用两个匹配电阻（r1和r2）的标准方法，以及(b)不使用电阻的更高精度方法
考察图1a可以发现，由于反相运算放大器配置的虚地特性，齐纳电压+vref作用于电阻r1上。如果r2正好等于r1，则同一电压vref也会出现在r2上，但相对于地的符号相反。r2两端的电压与齐纳二极管两端的电压相同，因此我们实际上可以用反馈环路中的二极管代替r2，如图1b所示，并且仍然在-vref处产生相同的电压。rz只是设置齐纳二极管中的偏置电流水平，与图1a中的rz非常相似。在图1b中，iz等于vdd/rz，而在图1a中，iz等于(vdd – +vref)/rz。为使两种情况下的设计具有相同的iz，我们只需更改rz的值。电容c1解耦接地端和输出端之间的基准二极管。此外，具有低电感的0.1μf电源解耦电容（图1中未显示）通常连接到+vdd和-vss，非常靠近运算放大器。
电路描述
理论上，此电路可以利用几乎任何三端基准电压源电路和低噪声、低失调运算放大器来构建。为了基于带隙概念构建负基准电压源，我们原本需要高质量pnp晶体管，但当前ic工艺中普遍使用的pnp，其质量不如现有npn器件高。这些基于npn的带隙电路将提供若干例子，我们可以利用这些例子来探索该负基准电压源的配置。本实验第1步中的第一次电路迭代将使用二极管作为基准，后续迭代将代之以基于npn晶体管的双端（并联）和三端（串联）电路作为基准元件。
材料
►adalm2000主动学习模块
►无焊试验板和跳线套件
►一个4.7 kω电阻
►两个1.5 kω电阻
►两个20 kω电阻
►一个2.2 kω电阻
►一个100 ω电阻
►一个10 kω可变电阻（电位计）
►四个小信号npn晶体管（2n3904和ssm2212）
►两个led（任何颜色都可以）
►一个op482或op484四通道运算放大器
►一个1 nf电容
►两个0.01μf电容
►两个0.1μf电容（电源解耦电容，用于+5 v和-5 v电源）
第1步
adalp2000模拟部件套件中提供的齐纳二极管(1n4735)是6.1 v二极管。6.1 v的反向击穿电压太高，无法使用adalm2000硬件的固定±5 v电源来构建该电路。led的正向电压在1.6 v至2.0 v范围内，具体取决于二极管的颜色。虽然它不是合适的基准二极管，但我们可以使用adalp2000模拟部件套件中的led构建教学用电路。
在无焊试验板上构建图2所示的图1a和图1b两个版本的电路。最好使用两个颜色相同的led。绿光led的正向压降高于红光或黄光led。我们希望二极管电流id约为1 ma。在两个版本的电路中，电流id应接近相同的值（见图1a和图1b）。在情况a中，id将为(+5 v – vd)/r3。在情况b中，id将为+5 v/r4，因此4.7 kω电阻将产生约1 ma电流。如果使用2 v作为vd的估计值，则r3约为3 kω。将部件套件中的两个1.5 kω电阻串联，便可获得3 kω电阻。另外，对于情况a，我们需要选取r1和r2的值。我们希望r1中的电流比r3中的电流小得多。因此，r1和r2应设置为非常高的值，例如20 kω应满足该条件。
图2.生成-vref的两种可能方法：(a)使用两个匹配电阻（r1和r2）的标准方法，以及(b)不使用电阻的更高精度方法——使用led代替图1a和1b中的齐纳二极管
硬件设置
从scopy软件中打开电压源控制和电压表窗口。可以使用数字万用表（即dmm，如果有的话）来测量电路中的直流电压，其精度高于scopy电压表。试验板连接如图3所示。
程序步骤
打开正负电源。观察-vref处（运算放大器的引脚8和14）和led上+vref处的两个电压。
图3.基于led的稳压器试验板连接
图4.scopy电压表电压读数示例
第2步
修改第1步中的试验板设置，如图5所示。对试验板进行任何修改之前，确保关闭电源。用并联稳压器替换led。电阻r1和r2以及晶体管q1连接为零增益放大器。如同在稳定电流源中一样添加电阻r3和晶体管q2。如果使用ssm2212匹配的npn对，应将其用于器件q1和q2。添加q3作为共发射极，其基极连接到q2的集电极，集电极连接到r1、r3和r4的组合节点。
图5.npn并联带隙基准电压源示例
硬件设置
设置与第1步中的设置相同。试验板连接如图6所示。
程序步骤
打开正负电源。观察-vref处（运算放大器的引脚14）的电压和带隙并联稳压器（q3的集电极和发射极）上的电压。可以调整电位计r3以产生-1.25 v基准电压。
测试电源裕量
为了测试+vdd的裕量要求，断开固定正电源与+vdd的连接，并移除所有电源解耦电容。对试验板进行任何更改或增加之前，确保关闭电源。现在将+vdd连接到awg 1。将awg 1设置为100 hz的梯形波形。将幅度设置为5 v峰峰值，偏移设置为2.5 v，以获得0 v至+5 v摆幅。将示波器通道1连接到awg1的输出端，并将示波器通道2连接到第一个示例电路的-vref，即op482的引脚14。在xy模式下使用示波器仪表，示波器通道为x，示波器通道2为y。启动awg 1，打开固定的-5 v电源。记录-vref开始保持-1.25 v不变情况下的最小+vdd电压。
为了测试-vss的裕量要求，将+vdd重新连接到固定正电源。断开固定负电源与-vss的连接，并移除所有电源解耦电容。现在将-vss连接到awg 1。将幅度设置为5 v峰峰值，偏移设置为-2.5 v，以获得0至-5 v摆幅。启动awg 1，打开固定的+5 v电源。重复测量op482的引脚14，记录基准电压保持恒定情况下的最低-vss值。
图6.npn并联带隙基准电压源试验板连接
第3步
修改第1步中的试验板设置，如图7所示。对试验板进行任何修改之前，确保关闭电源。添加发射极跟随器q4和补偿电容c1，将第2步中使用的双端并联稳压器变更为三端基准电压源。
图7.npn三端带隙基准电压源示例
硬件设置
设置与第1步中的设置相同。试验板连接如图7所示。
程序步骤
打开正负电源。观察-vref处（运算放大器的引脚14）的电压和带隙三端稳压器（q4的发射极和q3的发射极）上的电压。
问题：
1.对于图2中的电路，如果将绿光led替换为红光或黄光led，输出基准电压值会发生什么变化？
您可以在学子专区论坛上找到问题答案。
图8.npn三端带隙基准电压源试验板连接
iOS11.1 beta2下周将带来表情热潮，苹果又给你找了一个升级iOS11的理由
小米6真的来了，小米6最新消息：金色版小米6售价3999元，现身京东
RISC-V架构“冲击”，ARM面临增长瓶颈
即将揭幕的GTC看点有哪些？最近半导体股票大涨的背后原因是什么？
什么是4色HDR？4色HDR技术解析
ADALM2000实验：生成负基准电压
千亿芯片项目武汉弘芯走向成谜
特斯拉内部有破坏分子 向外部发送数据
常规变换变压器和平板变压器的比较
关于无人机自动识别、定位和压制系统的监测和对抗
维控人机界面LEVI-430T，LX3V-1212MR系列PLC主机在研磨机上的应用
意法半导体提供全球首款开放式通信标准智能电表IC
一文解析硬件软件接口（HSI）
MAX16068 6通道、闪存可配置系统管理器，提供非易失故
来看看大疆最便宜的如影稳定器，小白拍出好照片
高压变频器需求稳定，龙头企业上半年稳定增长
绿色和平组织利用AR技术提高人们对北方森林遭到破坏的认识
英特尔至强E-2100处理器可加强保障客户数据和应用程序的安全和稳定
涨涨涨！国产手机涨价还将继续！
允许USB旁路大电容的限流器
本次实验旨在研究产生负基准电压的方法。正基准电压源或稳压器配置更常见。从正电压产生负基准电压的传统方法涉及反相运算放大器级，其往往依赖精密匹配电阻以实现高精度。
背景知识
在图1a中，使用简单的齐纳二极管电路产生正基准电压+vref，该电路由来自齐纳二极管稳压器实验活动的rz和dz组成。正基准电压源通常包括一个同相运算放大器缓冲器，用于调整输出电压并提供负载所需的任何电流。产生负基准电压的显而易见的方法是使用反相运算放大器级。运算放大器将+vref反相，在输出端提供-vref。这种方法需要两个精密电阻r1和r2。这两个电阻的匹配误差（例如，不同的精度和不同的温度系数）以及运算放大器中的电压失调，会在运算放大器的输出端(+vref)产生误差，如图1a所示。然而，这种反相放大器配置的一个潜在附带好处是-vref不需要具有与+vref相同的绝对值。通过改变r1和r2的比值，可以放大或缩小负基准电压。我们将在本实验活动中研究的另一种配置如图1b所示。它能产生负基准电压，不依赖于成比例的匹配电阻，并有可能以更少的元件提供更高的精度。
图1.生成-vref的两种可能方法：(a)使用两个匹配电阻（r1和r2）的标准方法，以及(b)不使用电阻的更高精度方法
考察图1a可以发现，由于反相运算放大器配置的虚地特性，齐纳电压+vref作用于电阻r1上。如果r2正好等于r1，则同一电压vref也会出现在r2上，但相对于地的符号相反。r2两端的电压与齐纳二极管两端的电压相同，因此我们实际上可以用反馈环路中的二极管代替r2，如图1b所示，并且仍然在-vref处产生相同的电压。rz只是设置齐纳二极管中的偏置电流水平，与图1a中的rz非常相似。在图1b中，iz等于vdd/rz，而在图1a中，iz等于(vdd – +vref)/rz。为使两种情况下的设计具有相同的iz，我们只需更改rz的值。电容c1解耦接地端和输出端之间的基准二极管。此外，具有低电感的0.1μf电源解耦电容（图1中未显示）通常连接到+vdd和-vss，非常靠近运算放大器。
电路描述
理论上，此电路可以利用几乎任何三端基准电压源电路和低噪声、低失调运算放大器来构建。为了基于带隙概念构建负基准电压源，我们原本需要高质量pnp晶体管，但当前ic工艺中普遍使用的pnp，其质量不如现有npn器件高。这些基于npn的带隙电路将提供若干例子，我们可以利用这些例子来探索该负基准电压源的配置。本实验第1步中的第一次电路迭代将使用二极管作为基准，后续迭代将代之以基于npn晶体管的双端（并联）和三端（串联）电路作为基准元件。
材料
►adalm2000主动学习模块
►无焊试验板和跳线套件
►一个4.7 kω电阻
►两个1.5 kω电阻
►两个20 kω电阻
►一个2.2 kω电阻
►一个100 ω电阻
►一个10 kω可变电阻（电位计）
►四个小信号npn晶体管（2n3904和ssm2212）
►两个led（任何颜色都可以）
►一个op482或op484四通道运算放大器
►一个1 nf电容
►两个0.01μf电容
►两个0.1μf电容（电源解耦电容，用于+5 v和-5 v电源）
第1步
adalp2000模拟部件套件中提供的齐纳二极管(1n4735)是6.1 v二极管。6.1 v的反向击穿电压太高，无法使用adalm2000硬件的固定±5 v电源来构建该电路。led的正向电压在1.6 v至2.0 v范围内，具体取决于二极管的颜色。虽然它不是合适的基准二极管，但我们可以使用adalp2000模拟部件套件中的led构建教学用电路。
在无焊试验板上构建图2所示的图1a和图1b两个版本的电路。最好使用两个颜色相同的led。绿光led的正向压降高于红光或黄光led。我们希望二极管电流id约为1 ma。在两个版本的电路中，电流id应接近相同的值（见图1a和图1b）。在情况a中，id将为(+5 v – vd)/r3。在情况b中，id将为+5 v/r4，因此4.7 kω电阻将产生约1 ma电流。如果使用2 v作为vd的估计值，则r3约为3 kω。将部件套件中的两个1.5 kω电阻串联，便可获得3 kω电阻。另外，对于情况a，我们需要选取r1和r2的值。我们希望r1中的电流比r3中的电流小得多。因此，r1和r2应设置为非常高的值，例如20 kω应满足该条件。
图2.生成-vref的两种可能方法：(a)使用两个匹配电阻（r1和r2）的标准方法，以及(b)不使用电阻的更高精度方法——使用led代替图1a和1b中的齐纳二极管
硬件设置
从scopy软件中打开电压源控制和电压表窗口。可以使用数字万用表（即dmm，如果有的话）来测量电路中的直流电压，其精度高于scopy电压表。试验板连接如图3所示。
程序步骤
打开正负电源。观察-vref处（运算放大器的引脚8和14）和led上+vref处的两个电压。
图3.基于led的稳压器试验板连接
图4.scopy电压表电压读数示例
第2步
修改第1步中的试验板设置，如图5所示。对试验板进行任何修改之前，确保关闭电源。用并联稳压器替换led。电阻r1和r2以及晶体管q1连接为零增益放大器。如同在稳定电流源中一样添加电阻r3和晶体管q2。如果使用ssm2212匹配的npn对，应将其用于器件q1和q2。添加q3作为共发射极，其基极连接到q2的集电极，集电极连接到r1、r3和r4的组合节点。
图5.npn并联带隙基准电压源示例
硬件设置
设置与第1步中的设置相同。试验板连接如图6所示。
程序步骤
打开正负电源。观察-vref处（运算放大器的引脚14）的电压和带隙并联稳压器（q3的集电极和发射极）上的电压。可以调整电位计r3以产生-1.25 v基准电压。
测试电源裕量
为了测试+vdd的裕量要求，断开固定正电源与+vdd的连接，并移除所有电源解耦电容。对试验板进行任何更改或增加之前，确保关闭电源。现在将+vdd连接到awg 1。将awg 1设置为100 hz的梯形波形。将幅度设置为5 v峰峰值，偏移设置为2.5 v，以获得0 v至+5 v摆幅。将示波器通道1连接到awg1的输出端，并将示波器通道2连接到第一个示例电路的-vref，即op482的引脚14。在xy模式下使用示波器仪表，示波器通道为x，示波器通道2为y。启动awg 1，打开固定的-5 v电源。记录-vref开始保持-1.25 v不变情况下的最小+vdd电压。
为了测试-vss的裕量要求，将+vdd重新连接到固定正电源。断开固定负电源与-vss的连接，并移除所有电源解耦电容。现在将-vss连接到awg 1。将幅度设置为5 v峰峰值，偏移设置为-2.5 v，以获得0至-5 v摆幅。启动awg 1，打开固定的+5 v电源。重复测量op482的引脚14，记录基准电压保持恒定情况下的最低-vss值。
图6.npn并联带隙基准电压源试验板连接
第3步
修改第1步中的试验板设置，如图7所示。对试验板进行任何修改之前，确保关闭电源。添加发射极跟随器q4和补偿电容c1，将第2步中使用的双端并联稳压器变更为三端基准电压源。
图7.npn三端带隙基准电压源示例
硬件设置
设置与第1步中的设置相同。试验板连接如图7所示。
程序步骤
打开正负电源。观察-vref处（运算放大器的引脚14）的电压和带隙三端稳压器（q4的发射极和q3的发射极）上的电压。
问题：
1.对于图2中的电路，如果将绿光led替换为红光或黄光led，输出基准电压值会发生什么变化？
您可以在学子专区论坛上找到问题答案。
图8.npn三端带隙基准电压源试验板连接
iOS11.1 beta2下周将带来表情热潮，苹果又给你找了一个升级iOS11的理由
小米6真的来了，小米6最新消息：金色版小米6售价3999元，现身京东
RISC-V架构“冲击”，ARM面临增长瓶颈
即将揭幕的GTC看点有哪些？最近半导体股票大涨的背后原因是什么？
什么是4色HDR？4色HDR技术解析
ADALM2000实验：生成负基准电压
千亿芯片项目武汉弘芯走向成谜
特斯拉内部有破坏分子 向外部发送数据
常规变换变压器和平板变压器的比较
关于无人机自动识别、定位和压制系统的监测和对抗
维控人机界面LEVI-430T，LX3V-1212MR系列PLC主机在研磨机上的应用
意法半导体提供全球首款开放式通信标准智能电表IC
一文解析硬件软件接口（HSI）
MAX16068 6通道、闪存可配置系统管理器，提供非易失故
来看看大疆最便宜的如影稳定器，小白拍出好照片
高压变频器需求稳定，龙头企业上半年稳定增长
绿色和平组织利用AR技术提高人们对北方森林遭到破坏的认识
英特尔至强E-2100处理器可加强保障客户数据和应用程序的安全和稳定
涨涨涨！国产手机涨价还将继续！
允许USB旁路大电容的限流器